上海港高桩梁板式集装箱码头结构设计与施工组织设计文档格式.doc
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1.4高桩码头今后的设计施工方向 3
1.5上海港历史发展及其现状 4
1.6地理位置及航运条件 5
1.7上海港旧码头改造主要研究内容 6
第二章总工程概况 7
2.1营运资料 7
2.1.1货运任务 7
2.1.2船舶资料 7
2.1.3建筑物的结构等级 7
2.2自然条件 7
2.2.1设计水位 7
2.2.2水文 7
2.2.3气象 8
2.2.4地形地质 8
2.3平面布置以及工艺设计 9
2.3.1总体布局 9
2.3.2码头泊位确定 9
2.3.3平面布置 10
2.3.4施工条件以及设备材料供应 12
2.3.5平面布置简图 12
第三章结构选型 13
3.1结构选型及方案设计 13
3.2高桩码头的结构形式 15
3.3码头尺寸拟取 16
第四章码头荷载计算 17
4.1永久作用 17
4.2起重机械和运输机械荷载 17
4.2.1门机荷载 17
4.2.2流动机械 17
4.3船舶荷载 18
4.3.1作用在船舶上的风荷载 18
4.3.2作用在船舶上的水流力 18
4.3.3系缆力 20
4.3.4撞击力 21
4.3.5挤靠力 22
第五章面板计算 24
5.1计算原则 24
5.2计算跨度 25
5.3作用计算 26
5.4作用效应分析 27
5.4.1短暂状况(施工期) 27
5.4.2持久状况(使用期) 28
5.5作用效应组合 30
5.5.1承载能力极限状态的作用效应组合 30
5.5.2正常使用极限状态的作用效应组合 31
5.6配筋计算 32
5.7面板弯矩作用的裂缝验算 34
第六章纵梁计算 36
6.1纵梁断面尺寸 36
6.2计算跨度选取 37
6.2.1简支梁 37
6.2.2连续梁 37
6.3作用 38
6.3.1永久作用 38
6.3.2可变作用 38
6.3.3作用效应分析 39
6.4内力计算 40
6.4.1施工期 40
6.4.2使用期 41
6.5计算示例 43
6.5.1计算图式 43
6.5.2弯矩计算 43
6.5.3剪力计算 46
6.6作用效应组合 49
6.6.1组合形式 49
6.6.2门机轨道梁计算结果 50
6.6.3连系纵梁计算结果 55
6.7纵梁配筋 58
6.7.1门机轨道梁 58
6.7.2连系梁 59
6.8裂缝宽度验算 61
6.8.1门机轨道梁 61
6.8.2连系梁 61
第七章横梁计算 63
7.1工程基本信息 63
7.2组合信息 63
7.3横梁荷载计算 64
7.4配筋计算 72
7.4.1正截面承载力计算 72
7.4.2斜截面承载力计算 73
7.5裂缝宽度验算 74
7.5.1跨中抗裂验算 74
7.5.2支座抗裂验算 74
第八章桩基计算 75
8.1概述 75
8.2桩轴力计算表 75
8.3桩截面配筋验算 78
第九章桩帽配筋计算 80
9.1纵向桩帽配筋计算 80
9.1.1受弯配筋 80
9.1.2受剪配筋 81
9.2横向桩帽配筋计算 81
9.2.1受弯配筋 81
9.2.2受剪配筋 82
第十章靠船构件的计算 84
10.1概述 84
10.2靠船构件断面形式 84
10.3靠船构件的计算 84
10.4靠船构件的配筋计算 86
10.5靠船构件弯矩作用裂缝宽度验算 87
第十一章岸坡稳定计算 89
11.1计算原则 89
11.2稳定验算 89
结语 91
致谢 92
参考文献 93
VI
第一章绪论
1.1中国港口发展历史及现状
鉴于港口发展对经济社会发展的重要性,解放以来,特别是改革开放以来,我国港口在建设、运营、管理等各方面都取得了令世界瞩目的巨大成就。
回顾过去,我国港口先后经历了5个不同的发展时期。
第一阶段是恢复发展阶段。
这一时期是建国初期的20世纪50年代到70年代初,由于战争使港口设施受到严重破坏,主要对港口进行恢复和重建。
全国港口完成生产资料所有制改造,建立了"
集中统一、分级管理、政企合一"
的水运管理体制,由国家为主导有计划、有重点地建设和管理港口,使中国港口获得了新生。
港口吞吐量从建国之初的1000万吨,到70年代初首次突破1亿吨。
第二阶段是起步发展阶段。
这一时期是20世纪70年代初到70年代末,这一阶段以大力建设新码头、努力提高港口吞吐能力为主要特征。
当时,我国对外关系取得重大突破,对外贸易迅速扩大,外贸海运量猛增,沿海港口货物通过能力不足,港口的船舶压港、压货、压车情况日趋严重。
在这样的形势下,周恩来总理于1973年初发出了"
三年改变港口面貌"
的号召,开始了建国后的第一次港口建设高潮,到1978年港口新增吞吐能力1亿多吨,吞吐量达到近3亿吨,成为中国港口发展史上的重要里程碑。
第三阶段是快速发展阶段。
这一时期从20世纪80年代到90年代。
这一阶段的特点积极发展港口主枢纽、建设专业化深水泊位、改革港口管理体制等。
随着改革开放政策的实施,特别是沿海14个城市和5个经济特区的开放,国民经济迅速增长,交通部提出了"
三主一支持"
交通发展长远规划,我国迎来了第二次港口建设热潮。
1996年党中央、国务院提出了建设上海国际航运中心的战略目标。
在第三阶段全国新增吞吐能力6亿吨,是第二阶段的6倍,港口吞吐量达到22亿吨,中国港口在20世纪最后20年间实现了历史性跨越,谱写了中国港口发展史上的辉煌篇章。
第四阶段是我国港口能力和水平全面提升的阶段。
进入新世纪,中国港口迈进了新的发展阶段。
2001年11月,我国正式加入世界贸易组织,启动了新一轮港口管理体制改革,2003年《港口法》颁布实施,2006年《全国沿海港口布局规划》出台,形成了第三轮港口建设高潮。
进一步完善港口布局,优化港口结构,努力建设港口强国,全面开创港口发展新局面,成为这一阶段的主旋律。
从2001年到2008年,我国港口货物吞吐量从28亿吨达到70亿吨,集装箱吞吐量从3700万箱到2007年1.2亿箱,实现了从千万箱到亿箱的大跨越。
现我国港口码头业有着巨大的发展前景。
从2006年到2010年的5年间,中国将新增港口吞吐能力80%以上;
到2010年底,我国港口年吞吐量将达到61亿吨,集装箱吞吐量将达到1.2亿至1.4亿标箱,港口崛起正是中国经济迅猛发展的一个缩影。
与此同时,我国港城互动发展正进入黄金发展期.经济全球化使港城经济互动进入新的发展阶段,港口的发展有效支撑着我国经济的持续高速增长;
同时我国经济的规模化发展有力促进了港口的现代化发展。
我国已经基本建立了主要港口、地区性重要港口和其他一般港口三个层次的港口,在长江三角洲、珠江三角洲、环渤海湾、东南沿海、西南沿海五大区域形成了规模庞大并相对集中的港口群。
在长江、珠江、黑龙江、淮河水系和京杭运河形成了绵延的沿岸港口带。
以集装箱、煤炭、矿石、油品、粮食五大货种和客运为重点,构架了具有我国特色的水路客货港口运输装卸系统。
内河主要港口面貌有较大改观。
三峡库区码头淹没复建工程全部完成,在长江、西江干线和长三角、珠三角地区建成了一批集装箱、大宗散货和汽车滚装等专业化泊位,港口机械化和专业化水平不断提高。
在中国经济强力发展的今天,港口作为其独特的贡献体一定会蓬勃发展,为经济发展做出有力贡献。
`高桩码头是应用广泛的主要码头结构型式,因此在我国的地位也越来越重要。
1958年起,上海港的码头建设开始以高桩板梁结构代替框架结构,这是上海港码头结构的重大进步。
与此同时,上海市筑港工程局开始对预应力钢筋混凝土构件制造技术进行研究。
60年代,这一技术发展成熟,70年代开始得到广泛应用。
1970年起,三航局科技人员又对码头上部结构进行多次改革,将原现浇横梁改为预制,用预制空心大板代替纵梁和面板,使万吨级大型深水码头及中小型码头的预制装配程度提高至80%左右,节约了三大主材(钢材、水泥、木材),从而速度加快,工程质量得到提高,并形成以高桩码头为主要结构体系的设计通用图。
1.2高桩码头的优点及存在的问题
高桩码头是在软弱地基上修建的一种主要结构型式,其工作特点是通过桩台将作用在码头上的荷载经桩基传给地基。
高桩码头适宜做成透空结构,其结构轻,减弱波浪的效果好,沙石料用量省,对于挖泥超深的适应性强。
高桩码头适用于可以沉桩的各种地基,特别适用于软土地基。
在岩基上有适当厚度的覆盖层也可采用桩基础。
对于长江一带的地区,高桩码头是应用最广最多的码头型式之一。
但是建筑物的耐久性较其他型式差,其中钢筋锈蚀是导致其可靠性降低,使用寿命短的主要原因。
而在不同的环境下原因并不相同,防治措施也在进一步的探索中。
高桩码头构件易损坏且不易修复;
抗震性能较差。
其中梁板式构件数量类型多,施工麻烦,不易水汽排除,钢筋易锈蚀。
高桩在季节和温度的变化影响下码头结构将产生不同程度的变形以及码头与岸坡变形的相互关系都是高桩码头要注意的
1.3高桩码头在工程中的一些经验教训
地质条件不够清楚,缺乏试桩验证,相似地质条件沉桩经验不足,造成设计桩长过大,工程实施中大量截桩,造成较大的浪费。
桩基结构承受长期水平力,受制于沉桩能力,桩的抗拔、抗压的承载能力不足,如湛江老码头工程,上部结构直接承受土压力,桩基先水冲沉桩后锤击,造成在使用期结构不断位移、开裂,严重影响码头正常使用及其耐久性。
负摩擦对桩基码头的不利影响,如上海港早期建成的部分码头,由于桩基入土深度比较小,码头后方回填比较大,造成堆场比较大的沉降,从而给码头桩基带来负摩擦力,造成桩基沉降、上部结构开裂和位移,影响码头的使用及耐久性,最常见的是指向码头的后方的斜桩或紧邻挡土结构的直桩开裂或桩帽开裂。
地基处理不当,造成边坡的稳定性不足,引起桩基损坏。
最常见的是辩驳位移后造成上部结构开裂,严重情况下边坡失稳滑动,造成桩基损坏。
桩基质量不稳定,造成预应力方桩胶囊偏心,局部混凝土强度不足,沉桩设备工作状态不稳定,出现偏心锤击或水锤锤击原因导致沉桩过程中出现断桩、桩基局部破坏等情况。
在窄短的受力平台段,特别是结构端部,没有设置纵向叉桩,横向叉桩的平面扭角布置又不合理,造成码头纵向刚度太小,位移过大。
由于混凝土强度密实性不足、钢筋保护层太小、接头混凝土质量差等原因,在海水环境下,混凝土过早开裂破坏,结构使用年限达不到设计要求。
1.4高桩码头今后的设计施工方向
随着港口工程设计、施工系列规范的不断完善和设计手段的提高,高桩码头的结构设计已经比较成熟。
结构设计可以采用简化平面设计方法也可以采用空间有限元结构设计,考虑的因素比较全面,计算精度也越来越高,与结构设计相配套的荷载、水文、材料、施工、检验和验收、测试等规范和规程也比较配套和完善。
尽管设计已经非常成熟但是在结合近几年国内大码头的工程实例,可以发现设计方面仍存在以下问题:
桩基和土的作用比较复杂,如桩基负摩擦力对结构的影响问题,要在理论上解决还存在较大的难度,目前一般以实验和原型观测为解决手段;
由于海工混凝土和钢结构所处的环境比较恶劣,腐蚀作用比较强,一些结构过早的损坏,目前一般采用高性能的混凝土、混凝土涂层、环氧涂层钢筋等防腐措施。
如何提高混凝土的耐久性和使用寿命是设计和科研面临的重要问题;
最近几年船舶运输的大型化发展趋势迅猛,推动了港口向深水化发展。
如何解决码头向深水大浪区域发展也是值得研究的方向:
高桩码头在施工过程中容易发生结构位移,码头横向水平位移产生的原因、预防措施和沉降控制也是今后设计、施工中要解决的重要问题之一。
本次工程设计为上海港2号码头工程设计经过比选决定采用高桩码头梁板式结构,设计采用简化平面设计的方法,大部分计算如面板、纵、横梁等采用手酸或者EXCEL计算,桩力部分和边坡稳定等部分计划采用软件计算。
由于上海港处于河口地区受潮汐影响,腐蚀比较严重,所以文中将会对防腐措施着重讲述;
同时上海地基较多为软土地基还伴有淤泥质地基所以对地基的处理以及桩基的稳定将会着重考虑。
鉴于上海港部分码头受到负摩擦力的影响文中也将会对此进行初步探讨。
1.5上海港历史发展及其现状
20世纪初,黄浦河道局对吴淞口和黄浦江的局部河段进行了整治和疏浚,万吨级船舶可以乘潮进入黄浦江,适应了当时船型发展和经济发展的要求。
20世纪30年代,上海港已经成为远东航运中心,年货物吞吐量一度高达1400万吨;
船舶进口吨位居世界第七位,上海成为世界上重要的港口城市。
1949年5月上海解放,上海港的历史从此揭开了新的一页。
经过解放初的三年恢复期,70年代大建港和党的十一届三中全会以后的建设,上海港有了很大的发展。
特别是改革开放以来,上海港在上海市政府和交通部支持下,在黄浦江内新建了张华浜、军工路、共青、朱家门、龙吴五个港区,在长江口南岸建了宝山、罗泾和外高桥港区。
此外,宝钢集团、石洞口电厂、外高桥电厂等也各自建了专用码头,上海港吞吐能力不断扩大,对上海市的建设和长江流域以及全国经济发展发挥了重要的促进作用。
1995年12月,党中央、国务院作出了建设上海国际航运中心的战略决策。
并开始进行长江深水航道治理工程。
2005年12月10日,洋山深水港区一期工程建成投产,洋山保税港区同时启用,标志着上海国际航运中心建设取得重要的阶段性成果。
经过半个多世纪的建设和发展,上海港已成为一个综合性、多功能、现代化的大型主枢纽港,并跻身于世界大港之列。
截止至2006年底,上海港海港港区拥有各类码头泊位1140个,其中万吨级以上生产泊位171个,码头线总长为91.6公里。
按照码头使用性质分类:
公用码头泊位175个,码头线长度为24.6公里,其中生产泊位121个,码头线长度为22.2公里,年货物吞吐能力17051万吨;
货主专用码头泊位965个,码头线长度为67公里,其中生产泊位495个,码头线长度为38.2公里。
上海港内河港区有码头泊位818个,最大靠泊能力3000吨级。
2006年上海港完成货物吞吐量5.37亿吨。
其中,海港货物吞吐量4.7亿吨,继续保持世界第一大货运港地位;
内河港口完成货物吞吐量0.67亿吨。
完成外贸货物吞吐量2.13亿吨,其中,外贸出口1.03亿吨,外贸进口1.1亿吨。
完成集装箱吞吐量2171.9万标准箱,占全国规模以上港口集装箱量的24%,在世界集装箱港口中继续位居第三。
集装箱吞吐量中,内支线集装箱量202.6万标准箱,国际中转箱78.5万标准箱,内贸集装箱吞吐量313.7万标准箱。
截止2006年底,上海港集装箱班轮航班达到每月2106班,其中,远洋航线498班,近洋航线535班,内支线794班,内贸航线每月279班。
1.6地理位置及航运条件
上海港位于长江三角洲前缘,居我国18000公里大陆海岸线的中部、扼长江入海口,地处长江东西运输通道与海上南北运输通道的交汇点,是我国沿海的主要枢纽港,我国对外开放,参与国际经济大循环的重要口岸。
上海市外贸物资中99%经由上海港进出,每年完成的外贸吞吐量占全国沿海主要港口的20%左右。
上海港也是世界著名港口,运输量为世界第一。
上海港依江临海,以上海市为依托、长江流域为后盾,经济腹地广阔,全国31个省市(包括台湾省)都有货物经过上海港装卸或换装转口。
上海港的主要经济腹地除了上海市以外,还包括江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、四川等省和重庆市。
上海港的水陆交通便利,集疏运渠道畅通,通过高速公路和国道、铁路干线及沿海运输网可辐射到长江流域甚至全国,对外接近世界环球航线,处在世界海上航线边缘。
另外,上海还有发达的航空运输。
1.7上海港旧码头改造主要研究内容
主要依据所给的地质资料和水文情况进行分析研究,结合所要求的吞吐作业量,拟建适应的码头泊位。
根据规范资料和高桩设计要求选用合理的结构形式,并确定长度尺寸等。
码头荷载、内力及构件设计计算的时候,可根据估计的长度尺寸进行内力荷载的计算,并进行稳定性等安全检验校核;
还有对码头其他辅助结构设计计算。
第二章总工程概况
2.1营运资料
2.1.1货运任务
2号码头主要转运五金、钢铁及生铁等货种,有时候还有一些机械设备要在此通过,原年吞吐量为40万吨,现为满足生产需要年吞吐量为100万吨。
2.1.2船舶资料
设计船型主要尺度为:
(船长×
船宽×
型深×
满载吃水)
18000吨海轮161.4m×
20.20m×
12.40m×
8.46m
2.1.3建筑物的结构等级
工程拟建设2号码头停靠18000吨级船舶的泊位,结构安全等级按照GB50158-92《港口工程结构可靠度设计统一标准》,选择等级为二级。
2.2自然条件
2.2.1设计水位
设计高水位和设计低水位的取值:
由JTJ213-98《海港水文规范》3.1.2对于海岸港和潮汐作用明显的河口港,设计高水位应采用高潮累积频率的10%的潮位,简称高潮10%;
设计低水位应采取低潮累积频率的90%的潮位,简称低潮90%
由资料上海港改建码头的潮位累积频率曲线图,可得:
设计高水位3.75m
设计低水位1.15m
极端高水位4.8m
极端低水位0.5m
2.2.2水文
由于本港属于河口港,港区水位主要受潮汐影响,内河的径流影响较小,从这里的潮位历时曲线看,其变化特点属于混合潮的不规则半日潮型,根据一年的实测资料绘制的高低潮位累积频率曲线,当地浇筑水位在+2.5米为宜.
据了解本地区地下水对混凝土无侵蚀性.
根据调查和估算,改建码头前的最大波高仅约为0.6米,在大汛落潮的最大流速,由实测知接近1米/秒
2.2.3气象
常风向夏季为西南,冬季为西北;
最强风向为东南,风速为28.4米/秒;
较强风向正北,风速为14米/秒;
大于8级的天数多年平均为18.6天,年最大降水量1448.6毫米,最小781毫米,平均1032.1毫米,历年最大日降雨量为160.9毫米,在10毫米/小时以上的中雨和大暴雨天数,多年平均为15天。
多年平均雾天(能见度<
1000m)10天,其中雾期较长者12月2-3天,2月1.7天,1月2天。
年最高气温37.9度,最低-9.3度,平均15.3度
2.2.4地形地质
改建码头位于河口段,距出海口约60公里,码头前江面宽约
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