港口水工建筑物课程设计.doc
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1、 目录第一篇 设计任务书- 4 -1概述- 4 -1.1编制本报告的主要依据和资料- 4 -1.2建设的必要性和建设规模- 4 -1.2.1.建设的必要性- 4 -1.2.2建设的规模- 4 -2自然条件分析- 4 -2.1地理位置- 4 -2.2气象- 4 -2.2.1气温- 5 -2.2.2降水- 5 -2.2.3风况- 5 -2.2.4雾况- 5 -2.2.5相对湿度- 5 -2.3水文- 6 -2.3.1潮汐、水位- 6 -2.3.2波浪- 6 -2.3.3海流- 6 -2.3.4冰凌- 6 -2.4地形、地貌及泥沙运动- 6 -2.4.1港区地形、地貌特征概述- 7 -2.4.2泥沙
2、来源与动力条件- 7 -2.4.3泥沙运移方式和回淤强度分析- 7 -2.5地震- 7 -第二篇 设计计算书- 8 -1设计条件- 8 -1.1设计船型- 11 -1.2结构安全等级- 11 -1.3自然条件- 11 -1.3.1设计水位- 11 -1.3.2波浪要素- 12 -1.3.3地质资料- 12 -1.3.4地震设计烈度为7度- 12 -1.4码头面荷载- 12 -1.5材料指标- 12 -2作用的分类及计算- 13 -2.1结构自重力- 13 -2.1.1极端高水位情况:- 13 -2.1.2设计高水位情况:- 14 -2.1.3设计低水位情况:- 15 -2.2波浪力- 17 -
3、2.2.1极端高水位:- 17 -2.2.2设计高水位:- 17 -2.2.3设计低水位:- 17 -2.3土压力标准值计算- 17 -2.3.1墙后块石棱体产生的土压力(永久作用)标准值- 17 -2.3.2码头面堆存荷载产生的土压力(可变作用)标准值- 20 -2.3.36度地震时主动土压力标准值计算- 22 -2.3.4墙后块石棱体产生的地震土压力标准值- 22 -2.3.5码头面堆存荷载产生的地震土压力标准值- 22 -2.4地震惯性力- 22 -2.4.1设计高水位情况- 22 -2.4.2设计低水位情况- 22 -2.5船舶荷载- 22 -2.5.1系缆力(可变作用)- 22 -2
4、.5.2撞击力- 24 -2.5.3挤靠力- 24 -3码头稳定性验算- 24 -3.1持久状况- 24 -3.1.1作用效应组合- 24 -3.1.2承载能力极限状态设计表达式- 28 -3.2短暂状况- 28 -3.3偶然状况- 28 -3.3.1作用效应组合- 28 -3.3.2承载能力极限状态设计表达式- 28 -4基床和地基承载力验算- 28 -4.1基床顶面应力计算- 28 -4.1.1持久状况- 28 -4.1.2偶然组合:- 29 -4.2承载力计算- 30 -5沉箱结构内力计算- 30 -5.1承载力极限状态下的内力计算- 30 -5.2正常使用极限状态下的内力计算- 32
5、-参考资料- 35 -第一篇 设计任务书1 概述1.1 编制本报告的主要依据和资料重力式码头设计与施工规范JTJ290-98、海港水文规范JTJ213-98、水运工程抗震设计规范JTJ225-98、港口工程地基规范JTJ250-98、港口工程荷载规范JTJ215-98以及课本港口水工建筑物。1.2 建设的必要性和建设规模11.11.2.1. 建设的必要性该工程为件杂货码头,将带动周围地区经济社会发展,是综合利用海岸线及海洋资源的需要,也是增加劳动就业,提高当地人民生活水平和促使社会安定的需要。1.2.2 建设的规模 该码头为一件杂货码头,结构形式为顺岸重力式码头,建筑物等级为级建筑物2 自然条
6、件分析2.1 地理位置2.2 气象码头所在地区常风主要为北向,其次为东南向;强风向(7级以上大风)主要为北北北西向,其次为南南东东南向。22.12.22.2.1 气温2.2.2 降水2.2.3 风况码头所在地区常风主要为北向,其次为东南向;强风向(七级以上大风)主要为北北北西向,其次为南南东东南向。2.2.4 雾况2.2.5 相对湿度2.3 水文33.13.2122.12.22.32.3.1 潮汐、水位校核高水位(五十年一遇) 5.00米校核低水位(五十年一遇) 1.15米设计高水位(历时累积频率1%) 4.00米设计低水位(历时累积频率98%) 0.45米施工水位 2.20米2.3.2 波浪
7、拟建码头所在水域有掩护,码头前波高小于1米。2.3.3 海流2.3.4 冰凌2.4 地形、地貌及泥沙运动码头位置处海底地势平缓,底坡平均为1/200,海底地面标高为4.5米5.5米不等,见图1。根据勘探资料,码头所在处的地质剖面图和有关的资料见表1及图2。表1 拟建码头处地质剖面柱状图标 高地质指 标海底至7.9淤泥m=1.53t/m3,=128, C=0.14kg/m2。7.9以下亚粘土e=0.7,Ip=12.4,IL=0.58, ES=110.87kg/cm2,r=1. 94t/m3, c=0.25kg/cm2,=20。p00.51.02.03.0e0.7000.6870.6780.663
8、0.652 图2 码头所在处土壤特性122.12.22.32.42.4.1 港区地形、地貌特征概述2.4.2 泥沙来源与动力条件2.4.3 泥沙运移方式和回淤强度分析2.5 地震本地的地震烈度为6。第二篇 设计计算书1 设计条件该码头是海港码头,其平面布置按港口工程技术规范总体设计篇(JTJ211-87)即海港总体及工艺设计的有关规定确定:(1) 泊位长度:L=LC+2d =162.0+220=202.0m。考虑与预留泊位的船舶间的安全距离,本设计泊位长度取205m。 码头前沿停泊水域不小于2倍船宽,取45m。(1) 沉箱的长宽高的确定:1) 沉箱长度由设备能力、施工要求和码头变形缝间距确定。
9、该码头施工条件良好,没有特别要求和限制,重力式码头变形缝间距一般1030cm,取沉箱长度11.8m,码头总长205m,采用18个沉箱。2) 沉箱高度取决于基床顶面高程和沉箱顶面高程 沉箱顶高程由施工水位确定,可取2.50m,基床顶面高程由下式确定:D=T+Z1+Z2+Z3+Z4。其中,T为设计船型满载吃水,取9.2m;Z1是龙骨下最小富余深度,取0.6m;Z2由于码头前沿的波高小于1m,取0;Z3为船舶因配载不均而增加的尾吃水,取0.15m;Z4是被淤深度,取0.4m,则综合以上各项取值,有:D=9.2+0.6+0+0.15+0.4=10.35m。基床顶面高程为:H=设计低水位-D=0.45-
10、10.35=-9.9m沉箱高度:H=2.5-(-9.9)=12.4m3) 沉箱宽度主要由码头的水平滑动及倾覆的稳定性和基床及地基承载力确定。在根据预制厂提供的模数,初步确定码头沉箱的宽度为6.4m。(2) 沉箱内隔墙设置:为了增加沉箱的刚度和减少箱壁的和底板的计算跨度,在箱内设置1道纵向隔墙和2道横向隔墙。(3) 构件的尺寸:根据规范对沉箱构件的构造要求和码头受荷情况,以及根据工程经验,初步拟定沉箱各构件尺寸如下:箱壁厚度取0.3m,地板厚度取0.4m,隔墙厚度取0.2m ,在各构件连接处设置0.213m0.213m的加强角,以减少应力集中,防止干裂。(4) 胸墙尺寸:胸墙底标高不低于施工水位
11、,取2.2m(沉箱嵌入胸墙30cm),采用阶梯式胸墙,顶宽取3m。(5) 码头顶高程:按规范要求顶高程高于设计高水位1.01.5m,并且在极端高水位时不被淹没,取码头顶高程5.3m。(6) 基床尺寸:基床采用按基床的型式,基床厚度取1.0m,前肩与后肩分别取4.0m和3.0m。(7) 沉箱的浮游稳定性:1) 沉箱的自重:计算见表2。表2 沉箱的自重计算表项目计算式Gi(kN)沉箱前、后板,纵隔板(0.32+0.2)11.812252832.00沉箱侧面板,横隔板(0.32+0.22)2.8122251680.00沉箱底板6.411.80.425755.20沉箱前、后趾(0.4+0.7)0.75
12、0.5211.825243.38竖加强角0.50.21311.92425161.97底加强角0.50.213(3.4+2.6)225640.835671.38每延米自重作用5671.38/11.8480.632) 沉箱的干舷高度:沉箱体积(排水体积):前、后趾体积:V=2(0.4+0.7)0.751/211.8=9.735沉箱吃水:沉箱的干舷高度:F=H-T=12.4-7.35=5.05m故满足:F=H-T3) 空箱的浮游稳定性设沉箱的重心高度为H,则1/2(5671.38/25)=0.8 (12.4-H) 11.8+1/20.213(12.4-H)24+1.02.82(12.4-H)得重心高
13、度:H=5.12m前后趾的形心高度:沉箱的浮心高度:由于定倾半径:定倾高度:m= - =0.46-1.50=-1.04m根据规范要求沉箱的定倾高度在近程浮运时,应满足m0.2m。空沉箱不满足浮游稳定性,应往仓格加水。4) 加水0.6m后,沉箱浮游稳定性计算:压载水的体积:设重心高度H:得H=4.019m沉箱排水体积:吃水深度:浮心高度:定倾半径:定倾高度:m= - =0.430-0.179=0.251m0.2m加0.6m压载水后,沉箱满足浮游稳定性要求。根据初步确定的尺寸,绘制沉箱的断面图和平面图。各部分构件尺寸见附图1至附图3。1.1 设计船型船型船长(m)船宽(m)型深(m)满载吃水(m)
14、C157.021.511.99.0E160.921.212.59.2F162.021.712.78.7总162.021.712.79.21.2 结构安全等级本码头建筑物等级为级。1.3 自然条件11.11.211.11.21.31.3.1 设计水位设计高水位(历时累积频率1%) 4.00米设计低水位(历时累积频率98%) 0.45米1.3.2 波浪要素1.3.3 地质资料 码头位置处海底地势平缓,底坡平均为1/200,海底地面标高为-4.5米-5.5米不等,见图1。根据勘探资料,码头所在处得地质剖面图和有关的资料见表1及图2。1.3.4 地震设计烈度为7度1.4 码头面荷载(1)、堆货荷载:前
15、沿q1=2t/m2前方堆场q2=4t/m2(构件计算) q2=3t/m2(整体计算)(2)、门机荷载按港口工程荷载规范JTJ21598附录C的Mh425设计。(3) 、铁路荷载。 按干线机车计算。(4)、汽车荷载不计。(5)、船舶系缆力按普通系缆力计算。(6)、其它起重设备机械不计。1.5 材料指标拟建码头所需部分材料及其容重、内摩擦角等指标可按下表选用。表3 材料指标材料名称容重(吨/米3)内摩擦角(度)水 上(湿容重)水 下(浮容重)水 上水 下混凝土2.32.41.31.4钢筋混凝土2.42.51.41.5块 石1.701.801.001.104545渣 石1.801.002 作用的分类
16、及计算122.1 结构自重力122.12.1.1 极端高水位情况:计算图式见图2-1,计算见表2.1.1。图2-1表2.1.1 极端水位自重作用计算表(单位:m)项目计算书Gi(kN)Xi(m)GiXi(kN.m)沉箱前后壁,纵隔板(0.32+0.2)1211.8151699.203.956711.84沉箱侧板,横隔板(0.32+0.22)2.8122151008.003.953981.60沉箱底板11.86.40.415453.123.951789.82沉箱前后趾0.5(0.4+0.7)0.75211.815146.033.95576.82沉箱竖加强角0.50.21311.9241597.1
17、83.95383.86沉箱底加强角0.50.213(3.4+2.6)215624.503.9596.78沉箱填石13.62.86-0.50.21311.94-0.50.213(3.4+2.6)23111951.222.454780.50沉箱填石23.62.812 -0.50.21311.94-0.50.213(3.4+2.6)23113947.065.4521511.50胸墙10.3311.824+1.2311.814849.602.251911.60胸墙23.31.011.814545.162.41308.38胸墙30.56.411.814528.643.952088.13沉箱上填石10.3
18、4.1511.818+1.24.1511.811910.845.8255305.64沉箱上填石21.03.8511.811499.755.9752985.89沉箱后趾填石(12.4+12.1)0.75/211.8108.417.525815.8012768.7154248.16每延米自重作用1082.094597.302.1.2 设计高水位情况:计算图式见图2-2,计算见表2.1.2。图2-2表2.1.2 设计高水位自重计算表(单位:m)项目计算书Gi(kN)Xi(m)GiXi(kN.m)沉箱前后壁,纵隔板(0.32+0.2)11.812151699.203.956711.84沉箱侧板,横隔板
19、(0.32+0.22)2.8122151008.003.953981.60沉箱底板11.86.40.415453.123.951789.82沉箱前后趾0.5(0.4+0.7)0.75211.815146.033.95576.82沉箱竖加强角0.50.21311.9241597.183.95383.86沉箱底加强角0.50.213(3.4+2.6)215624.503.9596.78沉箱填石13.62.86-0.50.21311.94-0.50.213(3.4+2.6)23111951.222.454780.50沉箱填石23.62.812-0.50.21311.94-0.50.213(3.4+2
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