重力式沉箱结构毕业设计模板

'重力式沉箱结构毕业设计模板XXX港区杂货码头工程设计重力式沉箱结构DesignofGeneralCargoWharfEnginneringinXXXHarborGravityCaissonStructure摘要本设计是根据设计任务书的要求和《港口与航道工程规范汇编》的规定，对烟台港集装箱码头进行方案比选和设计，并对沉箱部分进行了结构内力计算。通过对本码头相关地质情况进行分析并结合各种码头形式的优缺点，确定木集装箱码头采用重力式沉箱结构。在设计中，首先进行总平诎布置，分为陆域和水域两部分。陆域部分主要是根据重力式码尖总平面布置原则确定集装箱堆场的面积和拆装箱库场的面积；水域部分则是确定航道设计尺度、码头前言停泊水域尺度和回旋水域尺度。然后在此基础上绘岀总平面布置图。在结构设计中，先初步确定沉箱的外形尺寸和沉箱内填石高度，然后进行作用分析，按永久作用、可变作用、偶然作用列出码头荷载的标准值，在此基础上进行稳定性验算，根据验算结果对沉箱外形尺和沉箱内填石高度进行修改。最后进行作用效应组合和沉箱的浮游稳定性验算，并对沉箱前面板和底板进行了配筋计算和抗裂验算。 木设计的全部图纸采用AUTOCAD绘制，另外论文还翻译了《综述抛石防波堤的设计方程》的英文文献。关键词：重力式码头；沉箱；波浪力；沉箱的浮游稳定ABSTRACTThisportisaplacewheretheportisbeingdeveloped，nowhasaconsiderablescaleofoperation.Thehinterlandtransport，benefitsignificantly,traffichasincreasedsteadily.Tomeetthetransportrequirementsofthedevelopment,promotionofportdevelopmentisconducivetotherationaldistributionofportsforportoperationsandcreategreatersocialandeconomicbenefits,thenewberthisveryimportant.Oftheterminalsplanselectionanddesign,andpartofthecaissonstructurecalculationofinternalforces.Relatedtotheterminalthroughtheanalysisofgeologicalconditionsandcombinedwiththeadvantagesanddisadvantagesofvariousterminalformstodeterminethegravityofthecontainerterminalbycaissonstructure.Indesign,thefirstforgenerallayout，dividedintotwoparts，Landandwater.Landpartofthemainterminalinaccordancewiththegenerallayoutofgravityprincipletodeterminethesizeandremovablecontaineryardboxlibrarymarketarea；waterchannelinpartistodeterminethesize,scaleandwaterberthingpierForewordwaterscaleswing.Onthisbasis,thendrawthegenerallayoutplan.Inthestructuraldesign,firstdeterminetheinitialsizeandshapecaisson caissonheightwithinthefilling，thentheroleofanalysis,bythepermanent effect,variableeffect,accidentaleffectofthestandardloadoutterminalvaluebasedonthestabilityofthischecking，accordingtotheresults,thesizeandshapeofthecaissoncaissonheightwithinthefillingtobemodified.Finally,theroleofeffectcombinationsandcheckingthestabilityoffloatingcaissons,andthecaissonswerefrontandbottomreinforcementcalculationandcrackchecking.AllofthedesignpicturesaredrawedusingAUTOCAD.KEYWORDS：terminalgravity；caisson；waveforce；stability目录•••11.2设计原贝IJ•••11.3设计依据•••11.4设计任务22.1地形条•••1第2章设计资料 •e•:嫉^.xzroCMrM•:e嫵鵷rrslTfsl•: .H^oo.s.ee>鑛荖9TTT•e<-遐驾S7OT• 计成>133.2结构方案成M133.3施工图设计成>133.4关键性技术要求133.5设计成果评价…章总平诎设计模13第4144.1工程规•144.2布置原贝IJ •154.3设计船ay•154.4作业条＜牛•154.5总体尺•164.5.1码头泊位长&164.5.2码头前沿高矛呈174.5.3码头前沿停泊水域尺174.5.4码头前船舶回旋水域尺174.5.5航道设计尺& 比选184.7装卸工艺设i十19第5章结构选型205.1结构型表•205.2构造尺•205.2.1沉箱外形尺t205.2.2沉箱构件尺 5.2.3胸墙尺-t235.2.4基床尺-t235.3作用分析•235.3.1永久作ffl235.3.2可变作ffl325.3.3码头荷载标准值汇总435.3.4沉箱浮游稳定验 第6章结构计算496.1稳定性验496.1.1作用效应组合496.1.2抗滑稳定性验496.1.3抗倾稔定性验506.1.4基床承载力验516.1.5地基承载力验53 6.2构件设 •54致谢63参考资料及设计规范64外文资料及译文66毕业设计任务书78设计进度计划表89第1章设计背景第1章设计背景1.1工程概述该工程地处烟台XXX港区，XXX港区位于烟台市北部的XXX内，是烟台港现有的核心港区。针对烟台出门加工区成为全国首批拓展保税物流功能试点区的发展机遇，烟台港正与烟台出口加工区、烟台海关一起加快区港一体化建设，实施XXX港区与烟台出口加工区A区的联动发展，在积极拓展国际中转、国际采购、分拨配送和国际转口贸易等功能业务的基础上，最终将XXX港区发展成为现代化的自由贸易港区。1.2设计原则（一）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。（二）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。（三）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设计依据设计依裾主要有《港门航道工程规范汇编》、《港门规划与平面布置》、《港工建筑物》、《港口工程钢筋混凝土结构》等。1.4设计任务根椐使用要求，设计文件的深度应能达到确定港N外配套项冃的建设规模，水陆域总平面布置，装卸工艺，设备选型和数量，水工及其他主要建筑物的结构型式等。1第2章设计资料第2章设计资料本部分分析项目的工程环境和条件对工程设计、建设、运行的可能影响。在港口航道与海岸工程的设计工作中，设计资料主要包括地形、地质、水文、气象、施工、地震以及与设计相关的标准、规范、手册、参考书等。2.1地形条件本工程位于烟台XXX港区。2.2气象条件计算风速取22m/s。按照码头前船舶作业标准，根据当地实测风、雨、雾、雷暴、波浪等影响因素的资料统计，并扣除各因素相互重叠的影响天数后，5万吨船舶 作业天为339天。该港区处烟台海洋站所在的芝罘岛上，本次将采用烟台海洋站多年观测资料作统计分析。烟台海洋站气象观测场位于芝罘岛上，地理坐标为：北纬37°33.3"、东经121°23.5"。拔海高度为74.3m,风速仪距地面高度10.4m。（一）气温年平均气温：13.4°C平均最高气温：17.7QC平均最低气温：11.1°C极端最高气温：37.1°C极端最低气温：-11.7°C（二）降水年平均降水量：425.1mm年最大降水量：616.7mm一日最大降水量：76.5mm年平均降水量F1数为95.6天降水强度&中雨年降水日数为13.4天降水强度＞大雨年降水日数为4.2天降水强度&暴雨年降水日数为0.2天该区降水有显著的季节变化，雨量多集中于每年的6、7、8月份，这三个月的降水量为年降水量的53%,冬季降水量最少，12月至翌年的2月降水量仅为年降水量的9%。（三）风 多年每日24次风速、风向资料统计，该区常风向为N向，出现频率第2章设计资料13.3%,次常风向为NW、W向出现频率分别为12.12%、11.55%o强风向为NW向，该向彡7级风出现频率为0.46%,次强风向为N向。具体见风频率统计表和风玫瑰图。表2-1风频率统计表3第2章设计资料（四）雾多年平均每年大雾H为29.0天，大雾多出现于每年的4〜7月，为全年雾日的65%,而每年的8月以后，大雾日显著减少。平均每年大雾实际出现天数为10.9天。（五）灾害性天气本区灾害性天气过程主要为台风（含热带风暴，强热带风暴）和寒潮。据多年资料统计影响烟台附近海域的台风每年宥1〜2个，一般多出现于7〜9月份。每当台风路经本区时，将出现大风、大浪、暴潮和暴雨。如8509号台风，烟台出现33.3m/s、SSE向大风，最高潮位达3.73m;受9216号台风影响，烟台港风速达18〜30m/s，出现解放以来最高历史潮位（4.03m）。多年资料统计，每年11月~翌年3月为寒潮出现季节，平均每年3.2次，受寒潮影响本海区出现偏N向大风，风速可达9〜10级，且有偏N向 的大浪，持续时间可达3~4天。2.3水文条件（一）设计水位4第2章设计资料设计高水位：2.46m；设计低水位：0.25m；极端高水位：3.56m;极端低水位：-0.95m。（二）波浪要素表2-2码头前沿（五十年一遇）波浪要素表注：H（m），T（s）潮流条件水流设计流速0.9m/s,流向与船舶纵轴接近平行。（三）潮位国家海洋局第一海洋研宄所对烟台xxx海区建港条件进行了调查和部分水文要素的短期观测，并于1994年12月完成了“烟台初旺湾一芦洋湾自然环境调查报告”。潮位是利用初旺湾验潮站1987年3月4日〜4月13日一个月的潮位资料和烟台同步资料及烟台1953〜1994年长期资料统计分析。用差比方法求得工程海域的设计参数。本次设计采用上述计算值。1、高程关系：2、潮位特征值：（以下水位值均从当地理论最低潮浙起算）工程海域为正规的半日潮，其（HK1+HO1）/H平方米=0.32最高高潮位:3.67m 最低低潮位：-0.77m平均高潮位：2.10m平均低潮位:0.61m平均潮差:1.49m 第2章设计资料平均潮面：1.33m在此尚应说明2003年10月10円~12日，由于强冷空气南下影响，烟台港出现仅低于1992年的特高水位，调查值为3.77m。3、设计水位：设计高水位：2.46m设计低水位：0.25m极端高水位：3.56m极端低水位：-0.95m4、乘潮水位表2-3不同延时不同保证率乘潮水位表（四）海流海流观测分两个区域进行，第一个区域位于龙洞咀及以南的初旺湾,芦洋湾海域，共布设六个测点；第二区域为龙洞咀东北的天然深槽和龙洞咀以西的海域，共布设六个测点，分别进行大、小潮连续25小时观测。观测日期为：大潮第二区域为7月15日09时至16日10时，第一区域为7月16円17时至17日19时；小潮第二区域为7月22円09时至23曰12时，第一区域为7月23日16吋至24日19吋。垂线测点采用六点法，依据实测资料，本海区海流特征如下：1、潮流特征：测验海区的潮流为不规则半日潮流其（WK1+WO1）/W平方米在0.76〜1.45之间，浅水分潮流影响比较明品，潮流的运动属往复流性质。2、潮流流场：龙洞咀以南第一测区涨、落潮潮流平均流向呈南北走向，龙洞咀以被第二测区涨、落潮潮流平均流向呈东西走向。3、最大流速：大潮期间涨、落潮实测垂线平均最大流速第一测区出 现在L05站，流速值分别为0.55m/s、0.77m/s,流向分别为150°、325°，测点最大涨、落潮流速为0.74m/s、0.88m/s,流向分别为174°、344°,出现在L03站表层。6第2章设计资料第二测区垂线平均最大流速出现在L09和L07站，流速为0.58m/s和0.90m/s,流向分别为81°、278°;测点最大涨、落潮流速为0.76m/s、0.96m/s,流向分别为74°、260°，出现在L07站和L09站表层。4、余流：本海区余流较小，垂线平均余流流速、流向见表2-4。表2-4垂线平均余流流速、流向（五）波浪1、资料概况该港区的烟台海洋站在芝罘岛北侧进行了长期的波浪观测工作（1980年至今）。芝罘岛测波资料有着极好的代表性，基木代表了xxx港区深水处的波况。本次取用芝罘岛多年观测资料作统计分析。2、波浪概况烟台海洋站位于芝罘岛，地理坐标为北纬37°36"、东经121°26"，测波浮标在测点的N向，水深约为17.3m,使用仪器为HAB—2型岸用测波仪，仪器的拔海高度为75.9m,每日进行4次（08、11、14、17）观测，大风浪过程中进行加密观测。多年观测资料分析结果：该区常波向为NNW、NW，出现频率分别为 8.20%、8.19%；次常波向为N、NNE,出现频率分别为5.91%、5.77%。强波向为NNW向，次强波向为N向，这两个方向H4%>1.5m出现频率分别为3.07°%、2.45°%。详见波玫瑰图和波高、周期频率统计表。第2章设计资料表2-5烟台波高频率统计表8第2章设计资料表2-6烟台波周期频率统计表对于一个新开辟的港区，应分析波高和周期的联合分布，其目的是了解是否存在小波高对应长周期波浪的出现，小波高长周期的波浪对港内波稳有重要的影响。多年观测资料统计结果如下：表2-7波高一周期联合分布表波高对应人周期出现的可能性不大。4、不同重现期波要素用芝罘岛测波站多年观测资料作年频率计算，不同重限期波要素如下:9第2章设计资料表2-8不同重限期波要素表设计高水位：2.46m；设计低水位：0.25m；极端高水位：3.56m;极端低水位：-0.95m。b)波浪要素 表2-9码头前沿(五十年一遇)波浪要素表注：H(m)，T(s)潮流条件水流设计流速0.9m/s,流向与船舶纵轴接近T行。2.4泥沙条件该工程港区沿岸主耍为基岩海岸，沿岸以低山丘陵台地为主，泥沙来源不甚丰富，主要是海岸侵蚀来沙和人为供沙。港区沿岸岩性多为白云石大理岩，在海浪和海流作用下产生部分泥沙，数量很少；沿海养殖及其加工业产生的废弃災壳，堆积在海滨，也是局部泥沙的重要来源，但数量有限，对于港口建设不会构成很大影响。根据国家海洋局第一海洋研究所观测资料分析，该海区近岸及岸滩泥沙较粗，海域平均含沙量为46.6mg/L,如果所搬运的泥沙全部沉淀，每平方米也只有46.9kg,即沉积厚度2cm,实际情况可能仅有此值的三分之一左右。总之，该海区泥沙来源很少、泥沙搬运沉积不甚活跃，近岸泥沙不会对建港构成危害。10第2章设计资料2.5地质条件拟建码头处地基为陆相沉积的中粗砂层，承载能力设计值为350kPa。各岩土层分布特征勘察区域码头孔M孔布孔30个，F孔10个，C孔27个，除Cl，C4, C16尚未勘察，C24,C25,C26,C27C孔因处于礁石区及附近陈家码头上被取消勘察外，其余钻孔已全部完成，根据勘察结果，区域土层自上而下根据形成原因及性质分层如下：第一层，海相沉积层该层存在于勘察区域的表层，分布不均匀，在勘察区域按性质存在三大层。①1粉土层灰色、灰褐色，稍密状，该层主要分布在勘察区的部分钻孔中，土层相对较薄，厚度在1.0〜3.0m范围|Aj，不是十分稳定，平均标贯击数N=8.1①2粉细砂层灰色、灰褐色，松散〜稍密状，该层广泛存在于勘察区域内，分布相对稳定，厚度不均，在0.8〜7.0m范围内，平均标贯击数N二9.3①3淤泥质粉质粘土层灰色、灰褐色，软塑状，高塑性，该土层零星存在于勘察区域内，个别土层因含水量原因为粉质粘土，平均标贯击数N=l.l第二层，陆相沉积砂层该层在勘察区域内广泛存在，为陆相沉积砂层。②中粗砂层黄色、黄褐色，中密〜密实状，该土层在勘察钻孔中均有揭露，层位稳定，土质不均匀，混有碎贝壳，平均标贯击数N=37.8 第三层，陆相沉积粉质粘土层该层在勘察区域内一定深度下均可揭露，层位相对稳定。①粉质粘土层黄色、黄褐色，硬塑状，中〜中上塑性，该层在所勘察钻孔中，最浅标高-17.45m，最深标高-29.06m处揭露，呈自北向南逐次渐深趋势，层位稳定，土质坚硬，土质不均匀，上部及下部多混有大量砂粒，偶见粉细砂夹层，平均标贯击数N=20.6。第四层，粗砾砂层该层在勘察区域内一定深度下广泛存在，层位稳定。②粗砾砂层11第2章设计资料黄褐色，密实状，该层在所勘察钻孔中，最浅标高-28.12m，最深标高-37.57m处揭露，层位稳定，土质不均匀，其中多含角砾，小块碎石等物，平均标贯击数N=43.9。各岩土层主要物理、力学性质指标及容许承载力各岩土层主要物理、力学性质指标按算术平均值法进行了综合统计。结合现场原位测试和土工试验成果表，给出了各岩土层的地基土容许承载力f。详见各岩土层主要物理、力学性质指标统计表1。说明：统计表中各土层标贯击数N值未经任何修正。 2.6地震条件根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)，木区域地震基木烈度为7度，设计基本地震加速度为O.lg。2.7荷载条件本工程主要货种为杂货，采用门机装卸船。针对工程使用耍求，作用于水工建筑物上的主要荷载有：码头后填料土压力，堆货土压力，门机荷载，系缆力，波浪力等。码头面均布堆货荷载：码头前沿20m范围内为30Kpa;20m以外为40Kpa。门机荷载：轨距10.5m，基距10.5m，工作状态下前轨最大轮压80KN(220KN),后轨最大轮压220KN(80KN)。2.8施工条件施工所需的构件预制场、施工码头等可依托本港现有设施。本工程属港口扩建，具有良好的“三通一平”条件。本地区砂石料资源丰富，开采运输条件良好，各种规格的砂石料可就近采购，能满足本工程建设需要。该工程由中交一航局承建，其材料供应、现场施工条件(水、电、运输)、施工技术力量及机械性能、混凝土构件的预制能力、水上施工能力等均能满足施工需要。工程设计能够与施工能力相匹配，以便顺利实施。12第3章设计成果 第3章设计成果3.1总体设计成果本工程位于烟台港西港区，拟建一个5万吨级泊位的码头(水工结构按停靠5万吨级船设计)，兼顾同时停靠两个2000〜5000吨级液体化工船舶。码头面高程为4.06m，码头前沿水深为-14.5m，航道水深为15.95m,船舶回旋水域设在进出港门的地点，方便船舶靠离码头，水深为15.35m,回旋水域园直径为458m,码头前沿港池宽度为64.6m。装卸工艺为：装卸船采用门机，水平运输采用拖挂车。3.2结构案成果本码头采用重力式沉箱结构，沉箱长度为20m,宽度为12m,高为16m,总共设15个沉箱（端部沉箱为异型）。沉箱仓格纵向分为5格，横向分为2格，以减少集中应力。作用在码头上的荷载分为永久作用和可变作用，永久作用为沉箱自重作用、墙后填料产生的土压力作用、贮仓压力；可变作用为由码头面堆载和流动机械荷载产生的土压力作用、船舶系缆力、波浪力。3.3施T图设计成果本设计对沉箱抗滑稳定性、抗倾稳定性进行验算，对基床承载力和地基承载力进行验算均稳定。绘制6张工程图，包括码头总平面布置图、沉箱模板图（包括沉箱纵剖面图、沉箱横剖面图、沉箱底剖面图）、前板配筋图、后板配筋图、码 头结构断谢图、沉箱平胆布置、码头结构图。3.4关键性技术要求施工过程采用流水施工即所有施工过程按一定的时间间隔依次投入施工，各个施工过程陆续开工、陆续竣工、使同一施工过程的施工班组保持连续、均衡施工，不同施工过程尽可能平行搭接施工。3.5设计成果评价本次设计强化了我对基本知识和基本技能的理解和掌握，培养了我收集资料和调査研究的能力，加强了一定的方案比较、论证的能力，一定的理论分析与设计运算能力，进一步提高应用计算机绘图的能力以及编写编制能力。通过重力式码头的设计，使我将以前的知识来了一次大的综合，并且理论结合实际；掌握资料的收集和分析、相关规范的选择和运用；另外对培养我独立思考问题和解决问题的能力，为今后工作做好技术储备。13第4章总平面设计第4章总平面设计总平面设计主要包括工程规模确定、主要水工建筑物的总体尺度、生产作业工艺设计、平面布置方案比选。不同的工程其具体的设计内容也不同。港口工程：水域布置及尺度（港外水域，如进港航道、港外锚地；港内水域，如港内航道、船舶转头水域、港内锚地、船舶制动水域、船舶回旋水域、港池、码头前水域；导航助航标志；防波堤），码头布置及尺度（码头水工建筑物、前方作业地带、仓库、堆场和连接通道），陆域布置及尺度（仓储、集疏运、生产生活辅助 设施等），装卸作业工艺设计（选择装卸作业机械化系统一确定合理的工艺流程〜配备装卸作业系统基本要素，如操作人员、库场以及各种附属设施）等；航道整治工程：一般包括整治水位确定、整治线的布置、各种整治建筑物的尺度及其布置等；渠化工程：一般包括渠化梯级的确定、各种过船建筑物的主要尺度及其布置等；围垦与海塘工程：一般包括围垦方案的确定、围垦后各部分的利用规划以及平布置等。4.1工程规模本工程位于烟台市XXX，远离市区，邻近经济开发区，-10米以上深水岸线贴岸，发展空间开阔，经济活力强劲，地理位置优越。扼渤海南侧湾口，背靠山东半岛，北望辽东半岛，东邻日木、韩国。使烟台港西港区成为环渤海地区理想的水运中转货物的集散地、连接东北与华东的交通枢纽、山东半岛与日韩贸易最便捷的进出口口岸。本项目建设1个50000吨级泊位的杂货码头。码头前水深-14.5米。码头顶面高程为4.06米。设计年吞吐量90万吨。码头前沿水深为-14.5米,码头顶面高程为4.06米。建设的必要性：1、是加快腹地内石化工业发展的需要烟台港腹地内拥有一批全国知名的石化企业，加快腹地内石化工业的发展是烟台港腹地各省市，实施化学工业发展规划的重点。在充分研究和分析腹地经济发展优势的基础上，结合实际，加强资源本地化利用规划。培育优势化工产业，力争在化肥、塑料、聚氯乙烯（乂称PVC）、无机盐生产方血建成一批具备较强竞争能力的现代化化工生产装置，形成腹地内液 体化工的主导产业。根据0前腹地内液体化工生产状况，化工产品运往华东和华南地区是市场供需的必然结果。烟台港位于环渤海湾南侧，邻近华东、华南地区,具有优越的水陆联运条件，建设液体化工中转码头可以充分为供需双方进行优质服务。2、是烟台港改善经济效益，经营战略的需要14第4章总平面设计烟台港经过多年的建设和发展，目前己经成了环渤海湾经济区颇具规模的港口，2004年货物吞吐量3431.1万吨。近年烟台港正在摆脱计划经济的束缚，采取多种灵活性强的市场经济经营方式，实践证明，这种经营方式在市场竞争中获得了较好的经济效益。引来国内外多家大型知名企业集团，要求通过烟台港大规模进出口液体化工产品，拓宽了烟台港的投资渠道，建设烟台港液体化工码头是烟台港在继续扩大铁矿石、原油等散货运输的基础上，培育新的经营思路的良好契机。液体化工品市场需求巨大,是当前港口发展的重点货种之一。烟台港腹地内既可以提供大量的液体化工产品出口，同时更需要进口大量的液体化工产品及原料，以满足腹地内的各种需求，因此建设装卸效率高，专业化液体化工泊位可以更好地改善烟台港的经济效益。3、是烟台港长远发展规划的需要根据烟台港“十五”及2015年远景目标纲要，烟台港今后除了将重点发展金属矿石、原油、化肥等货类及集装箱运输，建设一批专业化泊位 外，烟台港还将逐步发展成为环渤海地区的多功能综合性港口，建设烟台港液体中转码头提升了烟台港的功能，将为烟台港今后有序建设创造一个良好的条件。4.2布置原则（一）总平面布置应满足本区域岸线规划的要求，满足港口整体发展的需要，充分与己建工程和将来预留发展工程相协调。（二）总平面布置与当地的自然条件相适应，结合岸线资源使用现状，远近结合并留有发展余地。（三）充分利用已有的设施和依托条件，尽量减少工程数量，节省建设投资。（四）码头及航道布置合理，满足码头、船舶安全作业要求。（五）符合国家环保、安全、卫生等有关规定。4.3设计船型根据港口使用耍求（未来货物吞吐量水平以及港门装卸能力），参考《海港总平面设计规范》JTJ211-99附录A选取的船型见表4-1。表4-150000DWT杂货船尺度4.4作业条件（一）风作业天数确定：大风持续天数不足24小时但大于12小时计为一天;不足12小时，但大于6小时计为半天。15第4章总平妞设计 参考烟台港风玫瑰图和《港口规划与平面布置》“第三章”表6-4可知：引船靠近船舶，引水员上船，拖船对船舶强制引水：0.75%X365=3天，除此之外风对作业天数的影响可忽略不计。（二）雨根据自然条件可知本地区降水强度彡中雨的天数:13.4+4.2+0.2=18天。（三）雾根裾自然条件可知平均每年大雾实际出现天数为10.9天，约合11天。（四）灾害性天气根据自然条件可知木区灾害性天气过程主要为台风（含热带风暴，强热带风暴）和寒潮。持续天数约7天。（五）泥沙本地区泥沙来源很少，泥沙搬运沉积不甚活跃，所以泥沙的影响可忽略不计。（六）波浪因为此码头设有掩护的防波堤，故波浪因素的影响可忽略不计。综上所诉年作业天数为：339天。4.5总体尺度4.5.1码头泊位长度本码头为有掩护水域的码头，所以其单个泊位长度可以由以下公式确定：（所有公式编号右对齐，通过增加公式与编号间的空格使得公式大体居中） Lb?L?2d（4-1）式中：Lb：一个泊位的长度（m）;L：设计船长（m）；d：泊位间富裕长度（m）。其中，富裕长度d根据船长L的大小确定，L=113m。d的数值有表4-2确定：表4-2泊位间富裕长度取值表L（m）<40541〜858〜1086〜15012〜15151〜20018〜20201〜23022〜25>23030d(m)故取d=30m。所以得码头泊位长度为Lb?L?2d=229+2X30=289(m)。16第4章总平面设计4.5.2码头前沿高程包括码头前沿的码头面高程及设计底标高(由码头前沿水深决定)。(1)码头前沿设计水深D,是指在设计低水位以下的保证设计船型在满载吃水情况下的安全停靠水深。D按下谢公式确定：D=T+Z1+Z2+Z3+Z4(4-2)式中：T：设计船型满载吃水12.8m; Z1：龙骨下最小富裕深度，含淤泥的沙地基取0.6m;Z2：波浪富裕深度，因是掩护水域条件差故取0.6m;Z3：船舶因配载不均匀而增加的尾吃水，取0.15;Z4：港池备淤深度，考虑一年进行一次维护性挖泥，取0.6m。综合以上各值，得D=14.75m。故码头前沿水底高程=设计低水位一D=0.25—14.75=_14.5m(1)码头面高程：码头顶面高程为4.06米。按规范计算，基本标准：设计高水位+1.0〜1.5=2.46+1.0〜1.5=3.46〜3.96m;复核标准：极端高水位+0〜0.5=3.56+0〜0.5=3.56〜4.06m;故码头顶面标高4.06m符合设计要求。4.5.3码头前沿停泊水域尺度码头前沿停泊水域宽度：在码头前沿停泊水域宽度内水深需保持不变。码头前沿停泊水域宽度B不小于2倍船宽:2X32.3二64.6m。4.5.4码头前船舶回旋水域尺度回旋水域的尺度应考虑当地风、浪、流等条件和港作拖船配备、定位标志等因素。航道设计水深：航道通航水深+Z4=14.75+0.6=15.35m船舶自行掉头回旋圆直径为：2.0L=2.0X229=458m包括船舶回旋水域宽度及回旋水域设计底标高陆域设计高程4.5.5航道设计尺度(1)航道水深：与确定码头水深相比须考虑船舶航行时船体下沉增 加的富裕水深。航道设计水深D的计算公式如下：D?T?ZO?Z1?Z2?Z3?Z4(4-3)其中：T一一设计船型满载吃水12.8m;17第4章总平面设计Z0——船舶航行时船体下沉增加的富裕水深0.2m；Z1—一航行时龙骨下最小富裕深度0.6m：Z2一一波浪富裕深度0.6m；Z3——船舶装载纵倾富裕深度0.15m；Z4——备淤富裕深度0.6m。综合以上各值，得D二14.95m。航道通航水深Do=D_Z4=14.95—0.6=14.35m。(2)航道设计底宽W:由三个部分组成，即航迹带宽度A、船舶间错船富裕间距b和克服岸吸作用的船舶与航道侧壁间富裕间距C。参考《港门规划与平面布置》“第五章”有双向航道：W=2A+B+2C=2X1.59X(229XsinlO+31)+31+2X0.75X31=305.5m。(3)设计底标尚为-14.5m4.6平方案比选(1)库场面积的确定：件杂货仓库和堆场的总面积A按下成计算：A?QKbKrtdc (4-4)qTkKk式中：Q为年货运量，90万吨；Kb为仓库(堆场)不平衡系数，取1.5；Kr为货物最大入库(场)百分比，取100%(不考虑直取作业)；q为单位冇效面积的货物堆存量，取1.5t/m2;Tk为仓库(堆场)年营运天数，取350d;Kk为仓库总面积利用率，取65%;tdc为货物在库(场)的平均堆存期，取10d。从而可求得A=39560m2，取40000m2。(2)平面布置码头前沿地带：宽取25m，门机前轮距码头前沿线4m,门机轨距10.5m。该地带主耍作为布置前方铁路线、道路、门机轨道以及进行货物装卸作业和流动起重运输机械回转运行的区域。前方堆场，宽取30m。主要是用来堆放装卸下来临时堆存的货物。件杂货堆场：分为一线二线，一线库场的容量按一艘设计船型的装卸量考虑，取20000m2,矩形布置，长200m，宽100m,面积2000m2。二线库场取相同的布置，则件杂货的库场总血积为40000m2。总平面图如图5-1-2所示：18第4章总平面设计4-1总平面图4.7装卸工艺设计装卸船采用门机，水平运输采用拖挂车，库场作业采用铲车和轮胎吊 机。25t门机台时效率一般为70〜90t,取80t，昼夜装卸作业时间取18h，码头全年工作天数取339d,则每台门机全年可完成装卸量48.8万吨，根据90万吨的设计吞吐能力，需配置2台25t门机。水平运输拖挂车一拖三挂为一组，运距按100m计算，挂车每次运量取10t,行车速度按5km/h计算，拆、挂钩及调尖等时间按每次100s计算，每小时可运输10次，配3组拖挂车完全可以满足两台门机的作业。检修等机动机械数量，全港统一考虑。19第5章结构选型第5章结构选型5.1结构型式平面方案一：利用码头结构自身形成半掩护港池。码头采用混合式结构型式，即东部港池侧采用连片的重力式沉箱结构形成码头岸壁，西部临海侧采用人工块体护面的抛石斜坡式防波堤结构抵御NW及NNW向波浪的作用，码头承受NNE及E向的波浪作用。平妞方案二：西侧设有人工块体护衙的抛石斜坡式防波堤，形成半掩护港池。码头采用高桩墩台结构，码头由三个工作平台及四个系缆墩组成，斜坡式防波堤东侧受NNE及E向的波浪作用。重力式沉箱结构与高桩墩台结构方案比较：表5-1各方案的优缺点比较5.2构造尺度5.2.1沉箱外形尺寸 沉箱长度由施工设备能力、施工要求和码头变形缝间距确定。该码头的施工条件良好，没有特殊要求和限制，为减少由于不均匀沉降和温度变化在结构内产生的附加应力故应设计变形缝，间距一般采用10〜30m，取沉箱长度为为20m,码头总长度300m,20第5章结构选型共15个沉箱（其中端部沉箱为异性箱）。沉箱高程取决于机床顶面高程和沉箱顶面高程，箱顶高程要高于胸墙混凝土浇筑的施工水位，取1.5m（乘潮浇筑），基床顶高程取港池底高程一14.5m,故沉箱高度为15.9m。沉箱宽度主要由码头的水平滑动及倾覆的稳定性和机床及低级的承载力确定，根据工程经验一般为码头墙高的0.6倍左右，初步取12m（包括前趾和后踵各lm的悬臂）。箱内隔墙设置为了增加沉箱的刚度和减小箱壁和底板的计算跨度，在箱内设置一道纵向隔墙和4道横向隔墙。5.2.2沉箱构件尺寸根据规范对沉箱构件的构造要求和本码头的受荷情况及工程经验，初步拟定沉箱各构件的尺寸为：箱壁厚度35cm，底板厚度50cm，隔墙厚度20cm,在各构件连接处设置20cmX20cm的加强角，以减少应力集中。沉箱各部分尺寸示意图见图5-1、5-1、5-3所示。5-1沉箱横剖21 第5章结构选型图5-2沉箱纵剖图5-3沉箱平面22第5章结构选型5.2.3胸墙尺寸采用阶梯式胸墙（2阶），底高程取1.4m（使沉箱嵌入胸墙10cm），顶宽5.1m。5.2.4基床尺寸暗机床，基床厚度取11.6m，底宽取10m，前肩宽3.0m，后肩宽2.0m。5.3作用分析5.3.1永久作用量值随时间的变化与平均值相比可以忽略的作用。如结构自重力、预加应力、土重力及由永久作用引起的土压力、固定设备重力、固定水位的静水压力及浮托力等。（原指示书屮的内容选择性保留，不要全部都留着）沉箱码头主要包括：结构自重、墙后填土产生的土压力、贮仓压力、水压力等。一.结构自重力结构g重力受水位影响，应对不同的水位情况分别计算，为了方便列表计算。表5-2材料重度和内摩擦角标准值表1）极端高水位情况：计算图示见图5-4所示。图5-4 23第5章结构选型表5-3极端高水位自重作用计算表2）设计高水位情况计算图示见图5-5所示。24第5章结构选型图5-5表5-3设计高水位自重作用计算表25第5章结构选型3）设计低水位情况计算图示见图5-6所示：图5-6表5-4极端低水位自重作用计算表26第5章结构选型4)施工期情况施工期结构自重力由沉箱和沉箱内填石组成，由于沉箱后未填土，波浪力对沉箱有一定的作用，使得沉箱有象陆侧倾倒的趋势，故计算施工期时的力矩应以后址为作用点按照设计高水位情况计算。根据表3—4中沉箱自重和沉箱内填石自重的计算结果得?G=4158+3153.15+1500+390+184.8+45.72+6895.113參 I27第5章结构选型+14175.161=30501.945(kN)?M每延米自重作用为i=沉箱自重力矩+前仓填石重X8.375+后仓填石重X3.625=24948+18918.9+9000+2340+1108.8+274.32+6895.113X8.375+14175.16X3.625=165721.55(kN?m)G=?Gi/15=27416.92/20=1525.097(kN/m)M=?Mi/15=151166.6/20=8286.077(kN?m/m)计算图示见图5-7所示。图5-7二.土压力重力式码头所受的土压力，因其产生的条件不同而分为两类:1、由墙后填料产生的土压力属于永久作用；2、由码头面堆载和流动机械荷载产生的土压力属于可变作用。码头墙后填料为块石，水上重度?=水下重度?=内摩擦角？=18kN/m3,HkN/m3,45?,沉箱顶面以下考虑墙背外摩擦角???/3?15?。作用于码头墙背的土压力按10290—98《重力式码头设计与施工规范》的有关规定计算，本设计的计算项目包括码头的土压力（永久作用）、堆货荷载产生的土压力（可变作用）和门机荷载产生的土压力（可变作用），堆货与门机荷载产 生的土压力计算比较简单，而且不受水位变化的影响，码头墙后填料产生的土压力受水位变化的影响，应对不同的水位分别进行计算。作用于码头墙背的土压力按照JTJ290-98《重力式码头设计与施工规范》计算，所以得主动土压力系数：?Kan=tan2（45??）=0.1722沉箱顶面以下考虑外摩擦角，根据jTj290-98《重力式码尖设计与施工规范》，可查28第5章结构选型得Kan=0.16,则水平土压力系数Kax?Kan?cos??0.16?cosl5??0.155竖向土压力系数Kay?Kan?sin??0.16?sinl5??0.041土压力标准值按照jTj290-98《重力式码头设计与施工规范》计算：enl?(??i?hi)?Kan?cos?(5-1)i?0nn?len2?(??i?hi)?Kan?cos?(5-2)i?0式中：enl、en2：第n层土表和土底的土压力水平分力(kPa) ?i：第i层土的重度(kN/m3)hi:第j层土的高度(m)cos?=l1)码头墙后填料产生的土压力(永久作用)①极端高水位情况在此情况下各高程处土压力水平向强度(kPa)计算如下：e4.06?0e3.56=18?0.5?0.172=1.548?KPa?el.4?(18?0.5?ll?2.16)?0.172=5.635?KPa??KPa?el'.4?(18?0.5?ll?2.16)?0.155?5.0778土压力引起的水平作用：EH?e?14.5?(18?0.5?ll?18.06)?0.155=32.187?KPa?111?1.548?0.5??(1.548?5.635)?2.16??(5.078?32.187)?15.9222=0.387+7.757+296.258=304.4(kN/m)土压力引起的竖向作用:EV?296.258?tgl5?=79.388(kN/m)土压力对码头前趾的倾覆力矩29第5章结构选型??2?1.548?5.634??2.16?lMEH?0.387?(?0.5?18.06)?7.757???15.9?3?3?l.548?5.634??296.258?15.9??2?5.078?32.187? 3?5.078?32.187=7.05+130.129+1784.2=1921.38(kN?m/m)土压力对码头前趾的稳定力矩MEV=79.38?12=952.(6kN?m/m)设计高水位情况：el.4?(18?1.6?ll?1.06)?0.172二6.96?KPa?'?KPa?el.4?(18?1.6?ll?1.06)?0.155?6.271e4.06?0e2.46=18?1.6?0.172=4.95?KPa?e?14.5?(18?1.6?ll?16.96)?0.155=33.38?KPa?EH?lll?1.6?4.954??(4.954?6.96)?1.06??(6.27?33.38)?15.9222=3.96+6.314+315.218=325.49(kN/m)土压力引起的水平作用:土压力引起的竖向作用:EV?315.218?tgl5?=84.46(kN/m)土压力对码头前趾的倾覆力矩12?4.954?6.96MEH?3.48?(?1.6?16.96)?0.962?()36?6.314?15.9?15.92?(2?6.271?33.38)/6?2098.58(kN?m/m)土压力对码头前趾的稳定力矩MEV=84.46?12=1013.52(kN?m/m)设计低水位情况：e4.06?0el.4?18?2.66?0.172=8.235?KPa?el'.4?18?2.66?0.155?7.421(KPa)e0.25?18?3.81?0.155=10.63?KPa?土压力引起的水平作用：e?14.5?(18?3.81?ll?14.75)?0.155= 35.78?KPa?30第5章结构选型EH?lll?8.235?2.66??(7.421?10.63)?1.55??(10.63?35.78)?14.75222=10.95+10.379+342.259=363.59(kN/m)土压力引起的竖向作用：EV??10.379?342.259??tgl5?=94.47(kN/m)土压力对码头前趾的倾覆力矩??2?7.421?10.63??1.15?lMEH?10.95?(?2.66?15.9)?10.379???14.75??3?3?7.421?10.63342.59?14.75??2?10.63?35.78?3?10.63?35.78二2412.78(kN?m/m)土压力对码头前趾的稳定力矩MEV=74.52?12=1133.64(kN?m/m)三贮仓压力JTJ290-98《重力式码头设计与施工规范》规定沉箱内填料对箱壁和底板的作用按贮仓压力计算，下面按该规定计算前后仓格的贮仓压力。由前后仓的仓格尺寸及填料情况均相同，这里只计算前仓的贮仓压力，后仓情况相同。1)前仓格贮仓压力仓格截面尺寸为LXB=4.55mX3.7m,填料高度H=7.5m。由H/L?7.5/4.55?1.65?1.5,根据川290—98《重力式码头设计与施工规范》的规定按深仓计算。 箱内填料为块石，仓内填料内摩擦角标准值为??450,填料与仓壁之间的外摩擦角标准值为??23?=30o,仓内填料的重度标准值为?=HkN/m3.根据(JTJ290-98)公式(F.0.1-4)仓内填料的侧压力系数K?l?sin??0.293o仓格截面的周长U=2(3.7+4.55)=16.5(m)。面积S=3.7X4.55=16.835(m2)。根据(几1290—98)公式(F.0.1-l~3)可求得系数A=KUtg?S?0.293?16.5?tg30?16.835=0.166(1/m)则任意深度z处的垂直压力和侧压力按公式计算。?z??A(l?e?Az)(5-3)(5-4)?x??zKz31?第5章结构选型在填料表妞压力为零，沿深度z按指数曲线变化，箱底压力最大。5.3.2可变作用(一)堆货荷载产生的土压力：0.172=5.16(kPa)e4.06〜1.4=30X各种水位时，堆货荷载产生的土压力标准值均相同?.4〜？14.5=30X0.155=4.65(kPa)el 堆货荷载引起的土压力水平作用为2.66+4.65X15.9=13.725+73.935=87.66(kN/m)EqH=5.16X堆货荷载引起的土压力竖向作用为tgl5°=19.81(kN/m)EqV=73.935X堆货荷载所产生的土压力倾覆力矩为(2.66/2+15.9)+73.935X15.9/2MEqH=13.725X=824.26(kN?m/m)堆货荷载所产生的土压力稳定力矩为12=237.72(kN?m/m)MEqV=19.81X(一)码头前沿堆货引起的竖向作用：G=5X30=150(KN/m)码头前沿堆货产生的稳定力矩；(7+5.0/2)=1425(kN?m/m)MG=150X(二)门机荷载产生土压力计算：由于拟建码头采用最大幅度为30m的25t门机，查《港口工程荷载规范》OTI215-98)知代号为Mh—6—25。査附录三可知最大轮压力为250kN,两机荷载图式间的最小距离为1.50m,支腿的竖向荷载标准值见下表。表5-5支腿的竖向荷载标准值表支腿编号支腿竖向荷载12202220380480码头前沿堆货范围按5m计算当两门机的最大轮压作用在同一沉箱上时，沉箱受到的荷载最大，20m长沉箱上最多有4个门机腿共同作用，故每个沉箱上共作用24个轮子， 考虑两种作业情况各种水位中，门机产生的土压力分布范围相同。见图5-8,32第5章结构选型图5-8门机产生的土压力第一种情况:前轮80KN/轮，后轮220KN/轮。门机后轮产生的附加土压力简化为三角形分布，集中荷载对墙后土压力的影响深度范闱：h??3.5?ctg23.9??3.5?tg45??4.39?m?门机后轮产生的附加土压力强度：ep?2PKax?h式中：24/20=264(kN/m)Kax=0.155；h?=4.39m；P=220Xep=2x264/4.39x0.155=18.642(KPa)门机后轮产生附加土压力引起的水T作用和倾覆力矩:18.642X4.39=40.919(kN/m)EqH二1//2X.4.39/2=89.82(kN?m/m)MqH=40.919X门机后轮产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩:EqV=40.919Xtanl5?二10.966(kN/m)11=120.63(kN?m/m)MqV=10.966X门机前轮产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩:G=80X24/20=96(kN/m)4=384(kN?m/m)MG=96X 33第5章结构选型第二种情况：前轮220KN/轮，后轮80KN/轮。门机后轮产生的附加土压力强度：P=80X24/20=96(kN/m)ep=2x96/4.4.39x0.155=6.77(KPa)门机后轮产生附加土压力引起的水平作用和倾覆力矩:6.77X4.39=14.86(kN/m)EqH=1//2X4.39/2=32.62(kN?m/m)MqH=14.86X门机后轮产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩:EqV二14.86Xtanl5?二3.98(kN/m)11=43.8(kN?m/m)MqV=3.98X门机前轮产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩:G=220X24/20=264(kN/m)4二1056(kN?m/m)MG二264X(一)船舶系揽力：系船柱块体与码头胸墙浇筑在一起，船舶系缆力通过系船柱和胸墙传给码头墙身，船舶撞击力和挤靠力对码头起稳定作用，不需考虑。下面按照(JTJ215-98)《港口工程荷载规范》的有关规定计算船舶系缆力，有关公式中的符号与该规范一致，不在另加说明。1.船舶水面以上受风面积计算(按货船计算)：按(JTJ215-98)10.2.2条中10.2.2-1〜2计算船舶横向受风谢积。 满载时：logAxw=?0.036?0.742logDWlogAxw=?0.036?0.742log50000Axw=2822.513m2半载或压载时：logAxw=0.283?0.727logDWAxw=5002.073m21.作用在船舶上计算风压力的垂直于码头前沿线的横向分力计算：按照《港口工程荷载规范》JTJ215-98的式10.2.1计算风压力的横向分力Fxw=73.6?10?5AxwVx2?式屮：风压不均匀折减系数；Vx：设计风速V的横向分量。由任务书己知烟台港的风速34第5章结构选型最不利情况Vxw?V?22m/s，根据船长取??0.78带入数据可得Fxw?73.6?10?5?5002.073?222?0.642?1143.95(kN)2.系缆力标准值按“规范”10.4条中10.4.1-1〜4式计算K??Fx?N???n?sin?cos????Nx?Nsin?cos? Ny?Ncos?cos?Nz?Nsin?式中：？、？:按表10.4.3取值，？?30?,??15?,n：根据表10.4.2取6,K:取1.3K?Fx?1.3?1143.95?N?????sin30?cosl5???513.2?KN?n?sin?cos?6?????根据(RI215-98)10.4.5条规定系揽力标准值500KN,计算大于此值，故以计算系揽力为准。Nx?Nsin?cos??513.2?sin30?cosl5??247.86?KN?Ny?Ncos?cos??513.2?cos30?cosl5??430?KN?Nz?Nsin??513.2?sinl5??132.83?KN?1.系缆力引起的垂直、水平作用力和倾覆力矩分别为PRV?Nz/20?6.64(kN/m)PRH?Nx/20?12.39(kN/m)MPH?6.64?2.2?12.39?18.06?238.426(kN?m/m)(一)波浪力(可变作用)波峰作用和波谷作用的波浪力方向相反，需耍按照不同的的计算项冃取用。但是由于波峰作用时波浪力对码头结构的稳定起有利作用，故本设计此环节只进行码头墙前波谷作用时的波浪压力和计算层底面的波浪力浮托力标准值以及其各白产生的力矩。另因波浪力受水位变化的影响，需对不同的水位要分别计算波浪力。波浪力标准值计算按照《海港水文规范》(JTJ213-98)的有关条款及规定计算。 1.极端髙水位情况：T=7.7s,已知条件Hl%=4.7m,d=3.56+12.4=18.06m,g=9.81m/s21)波长计算：按(」T」213-98)中第4.1.3条计算g?T2??d(5-5)L??2?L352第5章结构选型式中tanh2??d~l;L=LoL9.81?7.722L0?gT/2??2??92.52(m)由d/L0=18.06/92.52=0.1952查水文规范(几1213-98)附录G得d/L=0.22108,从而得到波长为L?18.06/0.22108?81.69(m)2)波压力强度计算：根据(JTJ213-98)第8.1.1条判断波态。g/d?7.7?9.8115.96?5.68?8又d=18.06m>2H=2X4.7=9.4(m),所以墙前产生立波。①波峰作用时：H4.L?71181.69?17.38?300.2?d L?18.0681.69?0.221?0.5,按(JTJ213-98)第8.1.4.1条计算：静水面以上高为4.7m处的波浪压力强度为0。静水面处的波浪强度Ps=?H=10.25x4.7=48.175?KPa?静水面以下深度Z处的波浪压力强度ch2?(d?Z)Pz=?Hch2?dL计算Z=0，4,8m时波压力强度P0=10.25x4.7=48.175?KPa?ch2?(18.06?4)P4=10.25x81.69ch2?18.06=37.17281.69ch2?(18..06?8)P8=10.25x81.69ch2?18.06=29.74381.69水底处波浪压力强度5-6)36(第5章结构选型 48.175?2?HPd=ch2d=4.2564=22.6365?KPa?墙底浮托力:Pu?22.6365?122?135.819(KN/m)MPBu?135.819?123?543.276(KN.m/m)②波谷作用'