港口高桩码头毕业设计.docx
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港口高桩码头毕业设计
摘要
本次设计的港址位于黄骅港港池的西南侧。
根据港口地质条件、通货能力要求等,综合分析采用高桩码头结构形式。
本次设计主要包括港口的平面布置和高桩码头结构的内力计算,以及进行必要的稳定性验算,并对其桩基施工工艺要点进行简要的说明。
码头总长871米,宽23米,顶面标高6.11米。
该码头由两个5万吨泊位和一个3.5万吨泊位组成,仓库和堆场面积及分布根据货物量决定。
码头的平面布置在充分考虑使用和管理要求的前提下进行了最优化的布置。
码头面板采用预制板,搭接在纵梁上;纵梁使用期按刚性支撑连续梁计算;横梁使用期断面为钢筋混凝土叠合梁,横向排架计算采用桩两端为铰接的柔性桩台的计算方法;对面板、纵梁和横梁进行内力、配筋计算和抗裂验算。
结构内力计算中对实际作用中可能同时作用在建筑物上的多种荷载,按照最不利的情况进行组合。
桩采用的是预制预应力混凝土方桩,对桩基承载力进行计算及必要的验算。
关键字:
高桩码头,平面布置,横向排架,荷载组合,结构设计,内力计算,
配筋计算,验算
Abstract
Thedesignofportaddressisinthesouthwestsideoftheoildrillingbasin.Accordingtotheportofgeologicalconditions,currencycapacityrequirements,etc.,comprehensiveanalysisofthepiledwharfstructures.Thisdesignmainlyincludestheportlayoutandinternalforcecalculationofpiledwharfstructure,andmakethenecessarystabilitychecking,andthemainpointsinpilefoundationconstructiontechnologybriefly.
Terminaltotallengthof871meters,23meterswide,topsurfaceelevation6.11meters.Thepierbythetwo50000tonsberthanda35000-tonberths,warehouseandyardareaisdeterminedaccordingtothequantityofgoodsanddistribution.Terminallayoutonthepremiseoffullyconsideringtheuseandmanagementrequirementsfortheoptimizationofthelayout.DockpanelUSEStheprecastslab,laponthelongitudinalbeam;Longitudinalbeamsystemarecalculatedbyrigidsupportcontinuousbeam;Beamcrosssectionofreinforcedconcretecompositebeamsandtransversebentcalculatedwithpileashingesonbothendsofthecalculationmethodofflexiblepileplatform;Onpanel,longitudinalbeamandbeaminternalforceandreinforcementcalculationandcrackresistancecalculation.StructuralinternalforcecalculationofactualeffectinMayatthesametimeroleinavarietyofloadonthebuilding,accordingtothemostunfavorablesituation.Pileisprecastprestressedconcretepile,thepilefoundationbearingcapacitycalculationandthenecessarycheckingcalculation.
Keywords:
Wharf,Layout,Laterallybent,Loadcombinations,Structuredesign,
Internalforcecalculation,Reinforcementcalculation,Checking
前言 1
1设计背景 3
1.1工程概述 3
1.2设计原则 3
1.3设计依据 3
2设计资料 4
2.1地形条件 4
2.2气象条件 4
2.3水文条件 7
2.5地质条件 11
2.6地震条件 13
3平面布置 14
3.1总平面布置原则 14
3.2设计船型 14
3.3作业条件 14
3.4总体尺寸 15
3.4.1码头泊位长度 15
3.4.2航道设计尺度 15
3.4.3码头前沿高程 16
3.4.4陆域设计高程 17
3.4.5码头前沿停泊水域尺度 17
3.4.6码头前船舶回旋水域尺度 17
3.4.7锚地 17
3.4.8制动水域 18
3.4.9防波堤和口门的布置 18
3.5陆域布置 19
3.5.1码头前沿及堆场布置 19
3.5.2装卸工艺布置 21
4 结构选型 23
4.1结构选型基本原则 23
4.2结构形式 23
4.3结构布置 24
4.4 结构构造尺度 26
5结构计算 28
5.1作用分析 28
5.2面板设计 34
5.2.1计算原则 34
5.2.2计算参数 34
5.2.3作用分析 35
5.2.4作用效应计算 36
5.2.5作用效应组合 41
5.2.6板的配筋 42
5.2.7板的验算 45
5.3纵梁设计 47
5.3.1计算原则 49
5.3.2计算参数 50
5.3.3作用分析 50
5.3.4作用效应计算 51
5.3.5作用效应组合 57
5.3.6纵梁的配筋计算 62
5.4横向排架设计 71
5.4.1计算原则 71
5.4.2计算参数 71
5.4.3作用分析 72
5.4.4作用效应计算 73
5.4.5作用效应组合 85
5.4.6横梁的配筋 88
5.4.7抗裂验算 91
5.5靠船构件设计 92
5.5.1概述 92
5.5.2靠船构件计算 93
5.5.3悬臂版根部断面内力计算 93
5.5.4靠船构件内力计算 93
5.5.5靠船构件配筋计算 94
5.6挡土墙设计 96
6桩基设计 98
6.1计算原则 90
6.2计算参数 98
6.3作用效应计算 98
6.4作用效应组合 99
6.5桩身强度验算 100
6.6桩基横向位移计算 100
6.7单直桩的配筋计算 101
6.8桩基施工 102
结论 105
致谢 106
参考文献 107
前言
本次毕业设计题目为《黄骅港一期5万吨级高桩码头设计》,设计主要内容为:
①进行码头结构的总平面布置;②进行结构的形式选择;③结构中重要组成构件的力学计算及其配筋和必要的验算;④桩基的施工工艺。
高桩码头是应用最广泛的主要码头结构形式,其结构轻,减弱波浪的效果好,砂石料用量省,对于挖泥超深的适应性强,高桩码头的众多优点使其在港口水工建筑物中占有越来越重要的地位。
随着经济的快速发展,物流的快速化,高桩码头的结构形式也必将随之发生改变,但只有在深刻认清现状的基础上才能有更好的发展,本设计对一般的高桩码头进行了详细的计算及其分析,为高桩码头结构中板梁式的一个典型的工程和设计案例。
高桩码头的发展概况。
高桩码头经历了承台式、桁架式、无梁板式和梁板式四个阶段, 承台式结构是一种较古老的高桩结构型式,码头桩台为现浇混凝土或钢筋馄凝土结构,这种结构具有良好的整体性和耐久性,但现浇混凝土工作量大,要求的施工水位低。
桩多而密,桩基施工较为麻烦,造价较高,并只在岸坡地质条件好、水位差较大、地面荷载较集中的情况下才考虑这种结构型式。
桁架式高桩码头整体性好;刚度大。
但由于上部结构高度过大,当水位较大时需要多层系缆,目前主要适用于水位差较大的需多层系缆的内河港口。
无梁板式高桩码头上部结构简单,施工迅速,造价也低。
但由于面板为双向受力构件位置要求高,给靠船构件的设计增加了困难,仅适用于水位差不大,集中荷载较小的中小型码头。
梁板式结构主要由面板、纵梁、横梁、桩帽和靠船构件组成。
比较节省材料;装配程度高,结构高度比桁架式小,施工速度快;横梁位置低,靠船构件的悬臂长度比无梁板式短.正因为梁板式结构的这种优越性,使其得到了迅速发展。
但由于上部结构一般采用预制安装,构件种类和数量多,施工比较复杂,上部结构底部轮廓形状复杂,死角多,水气不易排出,构件中钢筋易锈蚀。
高桩码头的研究现状及发展方向在港口码头建设中,高桩码头结构是采用的最多的一种结构型式。
在大量的工程实践中不断进行改革探索,己有的成果及得出的经验可归纳为以下五个方面:
(1)、自重减小,节省材料
(2)、简化上部,加快施工(3)、简化桩基(4)、改进沉桩工艺,减小下沉应力,以节约钢筋(5)、提高单桩的轴向承载力。
发展方向:
粗桩、长桩、大跨度,采用预制和预应力钢筋混凝土;提高混凝土质量,增强耐久性。
毕业设计是毕业前阶段的综合学习、深化、拓宽,也是综合教和学的重要过程,对大学期间所学专业知识进行全面总结。
本此毕业设计题目为《黄骅港一期5万吨级高桩码头设计》,毕业设计前期我温习了《港口水工建筑物》、《港口规划与布置》、《水工钢筋混凝土结构》、《水运工程施工》、《工程水文》等专业知识并查阅了《海港总平面布置规范》、《高桩码头设计与施工规范》、《港口工程荷载规范》、《港口工程混凝土结构设计规范》等规范。
毕业设计中我通过所学基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。
毕业设计后期主要进行设计手稿电子排版整理,并得到老师的审批和指正使我圆满地完成了设计任务,在此我表示衷心感谢。
毕业设计两月里指导老师帮助下经过资料查阅、设计计算、论文撰写及外文翻译使我加深了对新规范、规程、手册等相关内容理解巩固了专业知识提高了综合分析、解决问题能力绘图时熟练掌握了各种建筑制图软件及多种结构设计软件上所有些从同方面达了毕业设计目与要求。
1设计背景
1.1工程概述
本建设工程黄骅港位于河北省沧州市以东约90km的渤海之滨,恰置河北、山东两省交界处,环渤海经济圈的中部,由煤炭港区、综合港区和河口港区3个港区组成。
现有各类生产性泊位25个,其中万吨级以上泊位19个,码头岸线总长度为5570米,最大泊位吨级为5万吨。
工程内容包括码头主体、航道、港池、装卸工艺、码头修建等。
本次设计仅对本港口的一期码头进行设计,该码头由两个5万吨泊位和一个3.5万吨泊位组成,设计内容主要对码头进行总平面布置、码头及水工建筑物结构形式选取、码头结构的有关计算、航道港池及有关配套设备等布置,并进行必要的稳定性验算。
1.2设计原则
(1)总体设计符合国家、地方经济发展规划和总体部署,遵循国家和行业有关工程建设法规、政策和规定;
(2)结合国情,采用成熟的技术、设备和材料,使工程设计安全可靠、使用方便、工程量少、总造价低、施工进度快,获得较好的经济效益和社会效益;
(3)注重工程区域生态环境保护,不占用土地,方便管理,节省投资。
1.3设计依据
(1)《高桩码头设计与施工规范》(JTJ298-98).人民交通出版社,1998;
(2)《海港总平面设计规范》(JTJ211-99).人民交通出版社,1999;
(3)《海港水文规范》(JTJ213-98).人民交通出版社,1998;
(4)《港口工程结构设计算例》.人民交通出版社,1998;
(5)《港口工程荷载规范》(JTS144-1-2010).人民交通出版社,2010;
(6)《港口工程桩基规范》(JTJ251-98).人民交通出版社,1998;
(7)《建筑结构静力计算手册》.中国建筑工业出版社,1999;
(8)《港口工程混凝土结构设计规范》(JTJ267-98).人民交通出版社,1998。
2设计资料
2.1地形条件
黄骅港位于河北省渤海湾西南岸,大口河河口外北侧海区;距黄骅市约45km,距沧州市约90km。
。
本工程位于黄骅港一港池的西南侧。
2.2气象条件
(1)气温
年平均气温:
12.2;
年平均最高气温:
17.3;
年平均最低气温:
7.8;
历年极端最高气温:
37.7℃(1981年6月7日);
历年极端最低气温:
-19.5℃(1983年12月30日);
年日平均气温低于-5℃的天数为71天,低于-10℃的天数为23.8天。
(2)降水
年平均降水量:
501mm;
历年最大年降水量:
719.4mm(1984年);
历年最小年降水量:
336.8mm(1982年);
历年最大一日降水量:
136.8mm(1981年7月4日);
降水量主要集中在6、7、8三个月,占全年降水量的70%以上;日降水量大于25.0mm的年均日数为5天,最多7天。
(3)风况
黄骅新村气象站位于大口河河口三千吨级码头,北纬38°16′,东经117°51′。
风速风向观测采用EL电接自记仪,24小时连续观测,风速感应器离地高度9m。
根据黄骅新村气象站风的实测资料统计分析得出,该区常风向为E向,次常风向为SW,其出现频率分别为10.54%和9.83%;强风向为E向和ENE向,该向≥6级风的频率分别为1.19%和1.18%。
详见风频率统计表(表3.2-1)和风玫瑰图(图3.2-1)。
影响本区大风的天气系统主要为寒潮和台风、龙卷风。
多年资料统计,寒潮大风居多。
1991年~2002年大风出现次数月变化表(表3.2-2)。
应特别说明的是:
2003年10月10日~13日黄骅港海域出现一次偏NE向的大风过程,据中央气象台报告,这次偏NE向大风为历史罕见,自有记录以来,46年内首次出现如此大风。
黄骅港区气象站观测资料,10月10~13日≥7级风连续出现40小时,≥8级风连续出现27小时,≥9级风连续出现8小时,瞬时最大风速达31.9m/s,风向为ENE。
表2.1 黄骅港2002年风频率统计表
Table2.1Huanghuawindfrequencytables2002
风向
频率
(%)
风级
1~3级
4~5级
≥6级
合计
N
4.16
1.76
0.14
6.06
NNE
2.29
1.59
0.18
4.06
NE
4.44
2.52
0.70
7.66
ENE
2.72
3.07
1.18
6.97
E
4.90
4.45
1.19
10.54
ESE
2.91
2.07
0.08
5.06
SE
4.75
1.71
0.01
6.47
SSE
3.60
2.07
0.09
5.76
S
6.18
2.55
0.03
8.76
SSW
3.79
1.92
0.19
5.90
SW
5.99
3.47
0.37
9.83
WSW
3.00
1.00
0.01
4.01
W
3.78
1.24
0.06
5.08
WNW
1.69
1.27
0.25
3.21
NW
3.33
2.15
0.22
5.70
NNW
2.76
1.46
0.17
4.39
C
0.57
0.57
合计
60.86
34.3
4.87
100
表2.2 1991年~2002年大风出现次数月变化表
Table2.21991to2002thenumberofmonthlychangetablegale
月份
大风风况
≥6级
≥7级
≥8级
≥9级
1
11
8
1
2
12
10
2
3
43
30
6
4
50
38
15
3
5
38
26
10
3
6
16
12
3
7
6
4
1
8
10
8
3
9
14
10
2
10
18
15
6
1
11
25
22
7
2
12
9
5
合计
252
188
55
10
(4)雾
雾多出现在秋、冬两季。
年平均雾日数为12.2天,最多20天。
(5)相对湿度
年平均相对湿度:
64%。
2.3水文条件
(1)潮汐及水位
黄骅港验潮站位于黄骅港煤炭港区杂货码头处,工程海域的潮汐性质属于不规则半日潮型。
①基准面及其换算关系
②潮汐性质及潮型
按照目前我国采用的潮汐类型划分标准,工程海域的潮汐性质属于不规则半日潮型。
③潮位特征值(以黄骅港理论最低潮面为基准,下同)
最高高潮位:
4.66m(2003年4月17日);
最低低潮位:
-0.30m(2003年1月28日);
平均高潮位:
3.48m;
平均低潮位:
1.44m;
平均海面:
2.40m;
最大潮差:
3.87m(2002年12月6日);
平均潮差:
2.04m。
④设计水位
设计高水位:
4.05m;
设计低水位:
0.62m;
极端高水位:
5.61m;
极端低水位:
-1.22m。
⑤乘潮水位
全年乘潮水位见表2.3,冬三月(12月、次年1、2月)乘潮水位见表2.4
表2.3 全年乘潮水位表
Table2.3Multipliedbytheannualtidetableposition
频率水位延时(m)
50%
60%
70%
80%
85%
90%
95%
乘潮一小时
3.52
3.41
3.30
3.16
3.07
2.96
2.77
乘潮二小时
3.14
3.30
3.19
3.05
2.97
2.87
2.70
乘潮三小时
3.25
3.14
3.03
2.90
2.82
2.72
2.56
乘潮四小时
2.97
2.88
2.77
2.64
2.56
2.47
2.31
表2.4 冬季乘潮水位表
Table2.4Wintertidebitmultiplicationtables
频率水位延时(m)
50%
60%
70%
80%
85%
90%
95%
乘潮一小时
3.20
3.11
3.00
2.89
2.80
2.67
2.48
乘潮二小时
3.11
3.03
2.91
2.80
2.72
2.60
2.43
乘潮三小时
2.96
2.87
2.76
2.65
2.57
2.47
2.28
乘潮四小时
2.68
2.59
2.51
2.39
2.33
2.22
2.04
(2)波浪
①工程区波浪概况
本区无长期波浪观测资料,根据离黄骅港区西北约25km的7号平台1972~1984年13年实测资料统计分析,该区以风浪为主,涌浪为辅。
详见波高频率统计表(表2.5)和波高玫瑰图(图2.3-4)。
表2.5 黄骅港波高(H1/10)频率统计表
Table2.5Huanghuawaveheight(H1/10)frequencytables
波向向
频率
(%)
波高
0.1~0.9
(m)
1.0~1.9
(m)
2.0~2.9
(m)
大于等于3.0(m)
合计
N
2.79
1.23
0.35
0.01
4.38
NNE
2.54
1.00
0.29
0.02
3.58
NE
2.73
1.30
0.62
0.10
4.75
ENE
3.73
2.16
1.05
0.10
7.04
E
5.93
2.12
0.50
0.10
8.65
ESE
6.56
1.03
0.12
7.71
SE
4.75
0.33
0.02
5.01
SSE
3.95
0.28
4.23
S
5.24
0.30
5.54
SSW
6.56
0.61
0.02
7.19
SW
5.78
0.69
0.04
6.51
WSW
3.31
0.17
3.48
W
1.90
0.08
1.98
WNW
1.79
0.28
0.01
2.08
NW
2.14
0.61
0,29
0.04
3.08
NNW
2.45
1.73
0.51
0.07
4.76
C
19.67
19.67
合计
81.82
13.92
3.82
0.44
100.00
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