浙江舟山武钢煤碳码头设计_港口航带与海岸工程毕业论文设计.doc

此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改目 录1 绪论31.1 舟山港概况31.2 舟山港信息32 设计资料42.1 货运资料42.2 设计船型42.3 水文气象资料42.4 地形地质资料53 码头的主要尺寸及平面布置73.1 码头的主要尺寸73.2 码头平面布置83.3 码头的结构选型83.4 高桩码头的结构型式94 码头荷载的计算104.1 作用在船舶上的风荷载104.2 作用在船舶上的水流力105 面板的计算135.1 面板的简单计算数据135.2 跨度计算135.3 板的配筋比例156 纵梁的计算186.1 纵梁计算及数据186.2 跨度计算186.3 工艺荷载196.4 作用效应206.5 作用的效益组合316.6 纵梁的配筋计算357 横梁的计算387.1 横梁截面图387.2 横梁配筋计算387.3 正常使用下极限状态验算398 桩基的计算428.1 桩基的根本情况428.2 持久状况桩的轴力计算428.3 持久状况桩的弯矩计算448.4 桩身内力计算469 靠船构件的计算479.1 概述479.2 靠船构件内力计算479.3 靠船构件的配筋计算4810 岸坡稳定的计算5210.1 计算原理5210.2 计算条件5210.3 稳定性计算5210.4 结论52参考文献54浙江舟山武钢煤炭码头设计徐浙江海洋学院 海运与港航建筑工程学院，浙江 舟山 316004摘 要 本设计选题源自于实际工程工程建设舟山武钢矿石码头，在综合考虑已有设计资料和设计条件的根底上，分析已有的设计个案，来进行此课题的设计。通过实际工程工程进行研究设计，理论联系实际，通过对工程的设计研究，更进一步的理解和运用学习到的知识，更为熟练自如的掌握知识，为以后在实际工作中积累相应的经验和知识。关键词高桩；煤炭码头；内力计算；连接形式；配筋A design of WuGang PortXuSchool of Maritime and Civil EngineeringZhejiang ocean University,Zhoushan,Zhejiang,316004Abstractdesign topics from the actual project construction Zhoushan Wuhan Iron ore terminal design, comprehensive consideration on the basis of the existing design data and design conditions, the analysis of the existing design cases, to make this topic. Through actual projects, study design, theory with practice, learning to understand and apply through the study of the design of the project, further knowledge, more skilled and comfortable grasp of knowledge, accumulated experience and knowledge in the practical work for the future .Key Words, connection type,reinforcement1 绪论 舟山港概况 舟山港区域是我国港口资源最优秀和最丰富的地区之一，港域内近岸水深10米以上的深水岸线长约333公里，港口建设可用岸线约为223公里，其中尚未开发的深水岸线约为184公里。港口目前已建成各类泊位达750多个，吞吐能力超过2亿吨。经过近几年的开展，舟山港已初步形成了一干线四大基地，即集装箱远洋干线港、国内最大的矿石中转基地、国内最大的原油转运基地、国内沿海最大的液体化工储运基地和华东地区重要的煤炭运输基地。成为上海国际航运中心的重要组成局部和深水外港，是国内开展最快的综合型大港。 舟山港信息 航道全市港域水面宽阔，航门水道众多，其中以虾峙门航道、金塘水道、册子水道、佛渡水道、乌沙门水道、岱山水道为主体构成25条海上网络通道，分别组成了东、南、西、北向的四条主航道即虾峙门航道东，水深182米、佛渡水道南，水深1485米、金塘水道西，水深20一100米和册子水道北，水深259l米，此外，还有条帚门和衢山、绿华山水道。上述水道可通向国内沿海地区及亚太地区的各大港口城市。虾峙门国际航道，高潮水深214224米，最浅处低潮水深182米，15万吨级载重货轮可自由进出，20万吨级船舶可乘潮进港，如稍加整治，航道水深可达一23米。本课题设计的模拟地点是舟山武钢，地处舟山六横凉潭岛，频临条帚门航道和虾峙门航道，地理位置优越，区位优势明显。 锚地舟山海域锚地众多，可供大型船舶锚泊用的水面共有119平方公里，水深1125米，形成大中小的组合锚地，可同时容纳锚泊万吨以上船舶数千艘。可供万吨以上船舶锚泊、装卸、避风的主要锚地，有马峙锚地、野鸭山锚地、清滋门锚地、六横东北锚地、衢山南锚地、白节山锚地、绿华山锚地等；供外轮引航待命的有虾峙门锚地等。各航道与锚地相互衔接，集疏方便，遮蔽性能好，形成舟山港域独特的优越性。2 设计资料 货运资料 年吞吐量到达1500万吨 设计船型 码头船型总长 m型宽 m型深 m满载吃水m卸船码头70000DWT散货船23019.1 100000DWT散货船250装卸码头3000DWT散货船9714 8 水文气象资料 水文资料 设计高水位 设计低水位 极端高水文 极端低水位 根据调查和查资料，舟山武钢地区的50年一遇码头前沿设计波浪要素见下表波向计算潮位H1mH4mHmTsNW-NNW设计高水位2124设计低水位2186W-WNW设计高水位3392设计低水位9821SW-WSW设计高水位4832设计低水位3839S-SSW设计高水位5316设计低水位8685 气象资料 一年的常风向是东风和东北风，出现的频率是9和10。春夏两季多东南风和东风，秋冬两季多北风和东北风。查资料得到舟山地区的最大风速是31.1ms，一年有八级以上的大风天数是25天。 历年35天，历年0天。舟山地区冬季海水不会出现冰冻现象，不会影响施工。 一年中最大降水量大约是1621.3毫米，最小降水量约为567.3毫米，年平均降水量为1049.8毫米，平均每年积雪天数是5.6D，大暴雨的天数是8D。 地形地质资料 地形 港区陆域平坦，已建少量库场，前方土地充裕。地面高程一般在左右。港区江面极为开阔，自建港以来，港址处微冲不淤，水下地形变化状况较小。 地质 该区为冲击土层，根据地质钻探，拟建码头区各土层的分布自上而下及其物理力学性能如下 1.灰色壤土及淤泥质壤土层为表层土，陆区表层13米为人工填土，底面高程一般在左右。厚度大，层间混杂不均，薄层细砂、云母片、贝壳，土质极不均匀，流动性可塑。 2.灰色细砂及粉砂层夹不均匀薄层粘土、云母、贝壳等。质不均，呈饱和状，标准贯入试验结果，层顶N10，随深度递增，层底面一般可达N40,平均N25。经测定相对密度Dr0.55，属中密状，底面高程一般在左右。 3.灰色壤土层厚约34米左右，夹不均匀细砂、质不均，饱和状，该土层较表层土略佳，可塑硬塑，底面高程一般在左右。 4.灰色细砂层夹不均匀细砂、云母、贝壳等。标准贯入试验N3540，属密实状。该土层厚度较大，钻孔未钻透。 各土层的物理力学指标如以下图所示序 号容重KNm3含水量孔隙比压缩系数液限L塑限PquNm3固结快剪指标原状重塑灵敏度度CKNm214518122N26，Dr26036621234N3540320 3 码头的主要尺寸及平面布置3.1 码头的主要尺寸3.1.1 码头面高程 根据海港总平面设计标准JTJ211-99，第条，码头面高程设计按下式计算其中HWL设计高水位，根据设计资料是 0设计高水位时50年一遇H1波列累积率为1的波高波峰面高度 船舶靠岸的法向速度ms满载吃水量 根据港口工程荷载标准JTJ215-98表-1查得Vn取0.08 ms根据海港工程设计手册中附录1618页，选用DA-A600H3500标准反力型橡胶护舷 吸收能量E364kJ 反力R1442kN船舶靠岸时的切向撞击力，根据港口工程荷载标准JTJ215-98,第条，船舶撞击力沿码头长度方向的分力标准值按下式计算式中，H船舶撞击力沿码头长度方向的分力标准值； 船舶撞击力法向分力标准值； 0.4。这里取0.4。那么5 面板的计算5.1 面板的简单计算数据面板厚度为50cm横梁采用倒T形截面纵梁采用矩形截面桩采用边长直径1000mm的预应力钢筋混凝土管桩横向排架间矩均为6米，板在纵梁上的搁置长度25cm5.2 跨度计算 图5-2-1 横截面断面图 图5-2-2 纵截面断面图 简支板计算跨度根据JTJ291-98高桩码头设计与施工标准，简支板计算跨度应按以下公式计算 弯矩计算取，但不大于 剪力计算取式中计算跨度m； 净跨m ; ； e板的搁置长度m排架间距10m，板的搁置长度为5m简支板弯矩计算跨度 m但要不大于 m 取连续板计算跨度应按以下公式计算1 弯矩计算当时，当时，2 剪力计算式中梁的中心距离m；梁的上翼缘宽度m短边方向 长边方向m 5.3 板的配筋比例 配筋的简单数据保护层厚度为c50mm钢筋直径为20mm，那么 mm 预制板厚度h500mm，那么有效高度为h-a440mm混泥土采用C30，轴心抗压强度MPa，弹性模量MPa，钢筋采用热轧钢筋级Q235，强度设计值210MPa，弹性模量MPa。kNmkNm，kNmkNm。 配筋计算1长跨方向支座负弯矩截面抵抗矩系数 截面相对受压区高度 纵向受力钢筋面积mm2选用14200共44根，6772mm22长跨方向跨中正弯矩因跨中正弯矩数值与支座负弯矩相差不大，取与支座配筋相同。故长跨方向跨中处底部受力钢筋也为14200。3短跨方向支座负弯矩mm2选用14200共25根，3848mm2，满足最小配筋率的要求。4短跨方向夸中正弯矩为方便施工，跨中采用与支座相同的配筋。故短跨方向底部受力钢筋也为16200。 面板弯矩作用下的裂缝验算根据港口工程混凝土结构设计标准JTJ267-98第条，在使用阶段允许出现裂缝的钢筋混凝土构件，应验算荷载的长期效应组合下的裂缝宽度。根据第5.6.2条，按下式进行验算式中最大裂缝宽度mm；构件受力特征系数，对受弯构件，取1.0；考虑钢筋外表形状的影响系数，对光面钢筋，取1.4；考虑荷载长期效应组合或重复荷载影响的系数，取1.5；最外排纵向钢筋的保护层厚度，当大于50mm时，取50mm；钢筋直径； 纵向受拉钢筋的有效配筋率， 当时，取0.01；当时，取0.1； 有效受拉混凝土截面面积； 受拉区纵向钢筋截面面积； 1.长跨方向跨中正弯矩作用下的裂缝验算 ，取， MPa mm 0.25mm，满足要求。 2.短跨方向跨中正弯矩作用下的裂缝验算 MPa mm 0.25mm，所以满足要求。6 纵梁的计算 纵梁计算及数据 断面图 6-1-1 纵梁断面图 纵梁计算原那么 1.施工期预制纵梁安装在下横梁上，按简支梁计算，作用在梁上的荷载为预制梁自重及现浇接头混凝土重量，此时梁的有效断面为预制断面。 2.使用期纵梁按刚性支撑连续梁计算，作用在梁上的荷载为码头面层自重和使用期可变作用，此时梁的有效断面为叠合断面，连续梁的内力计算采用清华大学土木系研制的结构力学求解器进行计算。6.2 跨度计算预制梁长为m，搁置长度，净跨，横向排架间距，如图6-2纵梁跨度示意图，弯矩和剪力计算跨度可依照高桩码头设计与施工标准JTJ291-98第条进行计算。图6-2-1 纵梁跨度示意图 简支梁计算弯矩计算跨度m剪力计算跨度m 其中计算跨度 净跨 搁置长度 连续梁计算弯矩计算跨度m剪力计算跨度m 其中横梁或桩帽中心距 纵梁支座、横梁或桩帽宽度6.3 工艺荷载 永久荷载的作用 1.预制纵梁以及现浇接头自重kNm3 2.面层自重kNm3 可变荷载的作用 1.门机荷载沿码头岸线布置两台UCT-15桥式抓斗起重机，当吊臂位置沿1、2、3方向时A、B、C、D支腿的竖向荷载按比例可由港口工程荷载标准JTJ215-98附表C.2查得。两机支腿之间距离到达最小的时候即为，两门机吊臂按位置1采用。如图6-3 吊臂位置图图6-3-1 吊臂位置图 2.货物荷载6.4 作用效应 施工期施工期要考虑到预制梁的自重及现浇面板及预制面板的重量，在施工期面板的重量全部由纵梁的预制局部承当。考虑施工时接缝混凝土未到达设计强度，故按简支梁来计算。预制局部及现浇接头自重 kNm面板自重传递到纵梁上的荷载 kNm kNm kNm kN 施工期承载能力极限状态设计值 kNm kN施工期正常使用极限状态设计值长期效应组合kNmkN 工作期工作期按五跨连续梁计算1. 门机荷载本设计采用UCT-15自重大约1200T桥式抓斗卸船机，卸船机能力1500t，支腿间距第一种情况图6-4-1 荷载图图6-4-2 弯矩图图6-4-3 剪力图第二种情况 图6-4-4 荷载图 图6-4-5 弯矩图图6-4-6 剪力图第三种情况 图6-4-7 荷载图图6-4-8 弯矩图图6-4-9 剪力图第四种情况 图6-4-10 荷载图图6-4-11 弯矩图图6-4-12 剪力图第一种情况图6-4-13 荷载图图6-4-14 弯矩图图6-4-15 剪力图第二种情况图6-4-16 荷载图图6-4-17 弯矩图图6-4-18 剪力图第三种情况图6-4-19 荷载图图6-4-20 弯矩图图6-4-21 剪力图第四种情况 图6-4-22 荷载图图6-4-23 弯矩图图6-4-24 剪力图第五种情况图6-4-25 荷载图图6-4-26 弯矩图图6-4-27 剪力图3.图6-4-28 荷载图图6-4-29 弯矩图图6-4-30 剪力图6.5 作用的效益组合 承载能力极限状态的作用效应组合持久状况的持久组合其中作用效应设计值永久作用分项系数主导可变作用分项系数非主导可变作用分项系数永久作用标准值产生的作用效应主导可变作用标准值产生的作用效应 非主导可变作用标准值产生的作用效应分项系数取值均按照高桩码头设计与施工标准JTJ291-98中表-2选取。组合结果见表6-1和表6-2中承载能力极限状态设计值。 正常使用极限状态的作用效应组合持久状况作用的长期效应组合其中持久状况作用的短期效应组合其中组合结果见表6-1和表6-2中正常使用极限状态设计值表6-1 纵梁使用期弯矩值kNM值作用 AABBBCCCDDDEEEFF面板及面层0----0门机作业--堆货荷载-1承载能力极限状态设计值计算式1.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.5结果正常使用极限状态长期计算式1.01.01.01.01.01.01.01.01.01.01.0结果2832.80正常使用极限状态短期计算式1.01.01.01.01.01.01.01.01.01.01.0结果表6-2 纵梁使用期剪力值 kNQ值作用ABCDEF面板及面层0门机作业-1500堆货荷载承载能力极限状态设计值计算式1.21.51.21.51.21.51.21.51.21.51.21.51.21.51.21.51.21.51.21.51.21.51.21.5结果正常使用极限状态长期计算式1.01.01.01.01.01.01.01.01.01.01.01.0结果正常使用极限状态短期计算式1.01.01.01.01.01.01.01.01.01.01.01.0结果6.6 纵梁的配筋计算 正截面承载力的计算 C30混泥土， 钢筋采用级钢筋，由表6-1知跨中最大弯矩因纵梁面积较大，按两排配筋 mm2选取1828由前面的计算可知施工期纵梁跨中最大弯矩设计值为kNm，施工期梁截面高度为2500.00mm。受压区高度 mm相对受压区高度截面抵抗矩系数极限弯矩设计值弯矩设计值 kmm4.使用期时支座承载力配筋计算由表6-1知支座最大负弯矩kNm 选取14252 斜截面承载力的计算 根据表6-2可以知道，持久状况剪力设计值最大值。从港口工程混凝土结构设计标准JTJ267-98第条可以知道，受弯构件受剪截面应满足以下要求，因为 所以所以受剪截面符合要求故只需要按构造配置箍筋。按水工混凝土结构表5-1，选用四肢直径12mm的箍筋，当时，，取由前面可以计算得到施工期支座最大剪力设计值，施工期纵梁截面高度为。，当mm时，取为1100mm所以满足要求。7 横梁的计算7.1 横梁截面图 图7-1 横梁截面图 横梁配筋计算 正截面的承载力计算 1.参数C30混凝土，fc15.0MPa，Ec104MPa 采用级钢筋，fy310MPa，Es105MPa 按两排配筋 2.承载力极限状态下跨中的强度配筋 mm2mm2选取2425置于梁下部 3.承载力极限状态下支座的强度配筋配2425置于梁上部，满足要求。 斜截面的承载力计算 验算截面限制条件 截面尺寸符合要求。 正常使用下极限状态验算 跨中裂缝宽度的验算根据港口工程混凝土结构设计标准JTJ267-98第条，在使用阶段允许出现裂缝的钢筋混凝土构件，应验算荷载的长期效应组合下的裂缝宽度。根据第5.6.2条，按下式进行验算式中最大裂缝宽度mm；构件受力特征系数，对受弯构件，取1.0；考虑钢筋外表形状的影响系数，对变形钢筋，取1.0；考虑荷载长期效应组合或重复荷载影响的系数，取1.5；最外排纵向钢筋的保护层厚度，当大于50mm时，取50mm；钢筋直径；纵向受拉钢筋的有效配筋率，当时，取0.01；当时，取0.1；有效受拉混凝土截面面积；受拉区纵向钢筋截面面积；跨中裂缝宽度验算 支座裂缝宽度的验算 满足要求。 构造钢筋的选取根据港口工程混凝土结构设计标准JTJ267-98第条，当梁高大于700mm时，在梁的两侧沿截面高度每隔300mm400mm设置一根纵向构造钢筋，称为“腰筋，且腰筋之间用拉筋连接，拉筋直径可取箍筋直径。本设计腰筋取直径为12mm的级钢筋，拉筋直径与箍筋相同为12mm，间距取箍筋间距的两倍为600 mm。8 桩基的计算 桩基的根本情况据综合资料分析及经验，本设计采用直径1000mm的预应力混凝土管桩 持久状况桩的轴力计算表8-1 桩的轴力荷载1下部上部1.永久荷载施工期1924.87 1861.04 2.施工均布荷载施工期0.00 0.00 0.00 0.00 495.25 495.25 -60.15 -60.15 935.65 935.65 -24.39 -24.39 -1.99 -1.99 -18.64 -18.64 承载能力极限状态作用效应组合控制工况1345713457效应包络值MAX4423.87 4340.89 控制工况1345613456效应包络值MIN0.00 0.00 正常使用极限状态作用效应组合控制工况1345713457效应包络值MAX2782.22 2718.39 控制工况1345613456效应包络值MIN0.00 0.00 表8-2 桩的轴力荷载2下部上部1.永久荷载施工期1567.62 1505.83 2.施工均布荷载施工期0.00 0.00 0.00 0.00 543.26 543.26 -8.45 -8.45 429.00 429.00 0.27 0.27 -1.68 -1.68 -15.81 -15.81 承载能力极限状态作用效应组合控制工况1345613456效应包络值MAX3303.51 3223.18 控制工况1345613456效应包络值MIN0.00 0.00 正常使用极限状态作用效应组合控制工况1345613456效应包络值MAX2151.14 2089.35 控制工况1345613456效应包络值MIN0.00 0.00 持久状况桩的弯矩计算表8-3 桩的弯矩荷载12下端上端下端上端1.永久荷载施工期-18.74 36.64 -12.45 25.23 2.施工均布荷载施工期0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 8.27 7.23 7.77 7.07 -3.59 -14.16 -3.27 -13.41 -17.41 37.00 -12.33 28.19 107.02 -108.18 121.70 -122.24 -13.67 13.66 -15.64 15.62 -128.27 128.23 -146.78 146.57 承载能力极限状态作用效应组合控制工况13456134581345613458效应包络值MAX121.49 282.75 153.14 287.15 控制工况13458134561345813456效应包络值MIN-236.94 -90.83 -251.49 -130.39 正常使用极限状态作用效应组合控制工况13456134581345613458效应包络值MAX39.99 140.12 57.83 134.33 控制工况13458134561345813456效应包络值MIN-108.30 -14.56 -109.88 -39.25 表8-4 桩的弯矩荷载34下端上端下端上端1.永久荷载施工期-3.61 9.33 5.03 -6.37 2.施工均布荷载施工期0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 4.34 5.27 2.77 7.33 -1.43 -8.37 -2.52 -5.56 -1.50 9.14 8.08 -8.25 140.16 -140.20 141.54 -141.24 -18.10 18.07 -18.32 18.28 -169.83 169.56 -171.89 171.51 承载能力极限状态作用效应组合控制工况13456134581345613458效应包络值MAX195.60 280.67 215.58 249.93 控制工况13458134561345813456效应包络值MIN-262.15 -186.14 -246.97 -219.88 正常使用极限状态作用效应组合控制工况13456134581345613458效应包络值MAX82.19 119.71 96.46 95.98 控制工况13458134561345813456效应包络值MIN-107.27 -74.33 -94.77 -99.40 桩身内力计算 吊桩内力计算本设计采用的桩长度，采用四点吊。1吊立时根据港口工程桩基标准JTJ254-98附录D，式中计算最大弯矩设计值； 动力系数，起吊和水平吊运时取1.3，吊立过程中取1.1； 桩的吊立弯矩系数，查表可知取0.0125； 作用分项系数，取1.20； 桩的单位长度重力标准值，按下式计算，2水平吊运时9 靠船构件的计算 概述本工程采用钢筋混凝土悬臂式靠船构件，根据前述计算船舶荷载可知，选用DA-A600H3500型橡胶护舷标准反力型，法向撞击力为1442kN，切向撞击力为576.8kN，作用位置及构件见图9-1。 图9-1 靠船构件 靠船构件内力计算根据高桩码头设计与施工标准JTJ291-98第.1条，作用在悬臂梁式靠船构件上的全部船舶撞击力应由一个构件承受，并按双向受弯、受扭构件设计，如有可靠纵向水平撑也可按单向受弯构件设计。故本设计假定护舷反力为一个集中荷载，由一个靠船构件承当，在垂直于码头方向和沿码头方向分别按单向受弯构件设计。 作用在靠船构件上的撞击力设计值由高桩码头设计与施工标准JTJ291-98第条，船舶撞击力的分项系数为，那么护舷最大反力设计值 靠船构件内力计算计算得内力图如下 图9-3 内力图最大值 靠船构件的配筋计算 承载能力极限状态计算 1.法向船舶撞击力的配筋计算 靠船构件顶端截面为15001500mm，底端截面7501500mm，和横梁一样采用C30