山东园城实业多用途码头设计与施工方案

'山东园城实业多用途码头设计与施工方案第一章设计背景1.1工程概述烟台港西港区是烟台港规划的核心港区，本港是一个正在发展的地方港口，现已具备了相当的营运规模。其运输腹地广大，效益显著，运量稳定增加。为了满足运输发展的要求，促进港口的发展，有利于港口的合理布局，为港口营运创造更大的社会及经济效益，新建泊位是非常重要的。本次毕业设计，此次拟建一个40000吨级泊位的多用途码头。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1.设计任务书2.有关规范[1]中华人民共和国行业标准.海港总平面设计规范（JTJ211-99）[2]中华人民共和国行业标准.港口工程荷载规范（JTS144-1-2010）[3]中华人民共和国行业标准.港口工程荷载规范（JTJ215-98） [4]中华人民共和国行业标准.重力式码头设计与施工规范（JTS167-2-2009）[5]中华人民共和国行业标准.防波堤设计与施工规范（JTJ298-98）[6]中华人民共和国行业标准.港口工程混凝土结构设计规范（JTJ267-98）[7]中华人民共和国行业标准.港口工程地基规范（JTS147-1-2010）[8]中华人民共和国行业标准.水运工程抗震设计规范（JTJ225-98）[9]中华人民共和国行业标准.码头附属设施技术规范（JTJ297-2001）[10]中华人民共和国行业标准.建筑结构静力计算手册[11]中华人民共和国行业标准.海港集装箱码头设计船型标准（JTS165-2-2009）[12]中华人民共和国行业标准.港口及航道护岸工程设计与施工规范（JTJ300-2000）3.设计参考书1)《港口平面布置与规划》2)《港口水工建筑物》1.4设计任务本次毕业设计，拟建一多用途码头。以满足港口运输发展要求，促进港口的发展，有利于港口的合理布局，为港口营运创造更大的社会及经济效益。 第二章设计资料2.1安全等级码头结构安全等级为Ⅱ级，结构重要性系数γ0=1.0。2.2地形条件该工程位于烟台市西北35公里处，远离市区，邻近经济开发区，与蓬莱市接壤，-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,东邻日本、韩国。地处山东半岛北岸的剥蚀丘陵区，区域内褶皱构造发育，山体较多，北部沿岸地形较为平缓，东部沿岸坡度较大。本区海域泥沙来源少、泥沙活动不活跃。东部岸线受岬角掩护，水域条件良好，北部岸线受NNW、NW浪影响，冬春季波浪较大。本区不处于地质断裂带上。2.3气象条件该港区处尚未进行系统的气象要素的观测，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。2.31气温年平均气温：13.4°C平均最高气温：17.7°C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°C2.32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年平均降水量日数为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％。2.33风多年每日24次风速、风向资料统计，该区常风向为N向，出现频率为13.3％，次常风向为NW、W向出现频率分别为12.12％、11.55％。强风向为NW向，该向≥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1风频率统计表风速≤7.98.0-10.710.8-13.813.9-17.1≥17.2合计 频率（％）风向（m/s）（m/s）（m/s）（m/s）（m/s）N10.291.920.940.1413.30NNE4.020.580.180.044.83NE3.870.290.080.014.24ENE1.720.110.031.85E5.690.410.060.016.17ESE2.770.170.022.97SE8.301.270.310.019.89SSE4.121.030.370.040.015.57S6.121.150.300.037.61SSW2.090.250.060.012.41SW6.240.280.066.59WSW3.530.120.013.66W11.090.420.0411.55WNW2.380.430.102.91NW6.793.081.790.420.0412.12NNW3.430.630.240.034.34C合计82.4512.154.590.750.06100.00 2.34雾多年平均每年大雾日为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。2.35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有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。 2.4水文条件2.41潮位国家海洋局第一海洋研究所对烟台套子湾西海岸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－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：1.33m1.25m0.08m黄海平均海面平均海平面当地理论最低潮面2、潮位特征值：（以下水位值均从当地理论最低潮面起算）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平均潮面：1.33m在此尚应说明2003年10月10日~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施工水位：1.25m极端高水位：3.56m极端低水位：-0.95m2.4.2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日17时至17日19时；小潮第二区域为7月22日09时至23日12时，第一区域为7月23日16时至24日19时。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显，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。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。表2垂线平均余流流速、流向表L01L02L03L04L05L06L07L08L09L10L11L12 大潮流速（m/s）0.060.030.060.070.060.010.060.040.200.050.020.01流向（°）62086911615913815216667224142153小潮流速（m/s）0.050.010.040.020.030.020.030.030.060.010.040.01流向（°）3423543120155260205181231632603042.4.3波浪1.资料概况该港区无波浪实测资料，而与其临近（相约30km）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）。本次规划岸线在龙洞咀周围，其水深岸线走向与芝罘岛相似，水域开阔无岛屿影响。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。表3烟台波高频率统计表波高（m）频率%波向≤0.50.6-0.70.8-0.91.0-1.21.3-1.51.6-2.02.1-2.4≥2.5合计N0.210.770.620.800.951.110.550.795.91NNE0.240.890.831.091.010.890.370.395.77NE0.060.340.340.390.230.200.080.031.67ENE0.210.570.450.330.190.190.060.022.01E0.080.280.160.180.050.080.030.020.88 ESE0.010.050.060.030.030.010.010.18SE0.030.160.060.010.010.26SSE0.010.070.020.010.010.010.12S0.010.010.01SSW0.010.01SW0.010.010.01WSW0.010.010.01W0.040.150.090.050.010.010.020.36WNW0.130.440.490.390.300.020.050.032.05NW0.441.791.481.451.071.180.460.328.19NNW0.371.221.011.191.341.460.760.858.20C64.3564.35合计66.186.755.686.015.185.352.402.45100 表4烟台波周期频率统计表波周期（s）频率%波向≤2.93.0-3.94.0-4.95.0-5.96.0-6.9≥7.0合计N0.120.811.672.120.990.185.91NNE0.090.942.231.840.640.025.77NE0.080.260.630.540.151.67ENE0.120.610.870.320.092.01E0.120.340.310.090.020.88ESE0.060.050.040.020.010.18SE0.190.060.010.26SSE0.090.020.010.010.12S0.010.010.01SSW0.010.010.01SW0.010.010.01WSW0.010.010.01W0.090.180.060.020.010.36WNW0.120.590.820.430.080.012.05NW0.431.993.072.090.560.058.19NNW0.231.262.792.770.990.168.20C64.3564.35合计66.117.1312.5110.263.550.43100 3.波高－周期联合分布多年观测资料统计结果如下：表5波高－周期联合分布表波高（m）频率%周期≤0.80.9-1.21.3-1.51.6-2.02.1-2.5≥2.6合计≤4.9（s）75.866.552.340.480.160.0485.425.0-5.9（s）0.141.613.723.911.310.4311.126.0-6.9（s）0.120.681.411.043.257.0-7.9（s）0.050.160.20合计76.018.166.185.072.931.66100上述统计结果表明，本区波高周期对应关系为大波高对应大周期，小波高对应大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，不同重限期波要素见表6。表6不同重现期波要素重现期波要素波向50年一遇25年一遇2年一遇H4％（m）(S)H4％（m）(S)H4％（m）(S)N5.29.44.88.93.36.7NNE5.49.65.09.13.36.6NE3.88.23.57.82.05.7ENE4.28.43.87.92.05.4E4.07.63.67.21.54.8 WNW3.27.93.07.52.05.4NW5.48.45.08.12.76.3NNW5.38.94.98.53.36.65、设计波浪施工期，无防波堤掩护10年一遇主要波向为N的波高为：极端高水位：H1%=3.8m设计高水位：H1%=3.5m设计低水位：H1%=3.0m波浪平均周期：T=8.0s使用期，建成后考虑防波堤掩护作用，码头前沿的波浪要素经折射和绕射作用，码头前沿深水主要波向为N，50年一遇波高波高为H1%为：极端高水位：H1%=3.0m设计高水位：H1%2=2.8m设计低水位：H1%=2.3m波浪平均周期：T=8.0s2.5泥沙条件拟建工程港区沿岸主要为基岩海岸，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贝壳，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。 2.6地质条件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C1,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范围内，不是十分稳定，顶部最浅标高-4.4m，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＝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＝1.1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，最小标贯击数N＝31，厚度5.5～8.0m，顶部最浅标高-14.7m.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。③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，顶部最浅标高-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。④粗砾砂层黄褐色，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击三、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。四、工程地质评价1、第一大层为海相沉积土层，层位稳定，具有一定厚度，平均标贯击数N≤10击。2、第二大层砂土层层位稳定，分层厚度大，平均标贯击数≥35击，工程地质条件较好。3、第三大层③粉质粘土层在各孔可揭露，层位稳定，具有一定厚度，工程地质条件较好，但应注意的是该层混有粉细砂夹层及粉土夹层，进行设计时应予以考虑。4、第四大层④粗砾砂层，在一定深度下均有揭露，平均标贯击数N＝43.9，工程地质条件好，为良好的基础持力层。2.7地震条件在勘察区域内，存在蓬莱～威海活动性断裂，地震等级为7级。根据有关资料本工程区域地震烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g。2.8荷载条件针对工程使用要求，分析确定作用于水工建筑物上的主要荷载，并给出相应标准值。 如：永久作用（材料重度、土的重度和内摩擦角标准值、海水密度、设备设施重量等）；可变作用（堆货荷载、起重机械荷载、运输机械荷载、铁路荷载、汽车荷载、缆车荷载、人群荷载、施工荷载等）。2.9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。 第三章设计成果 第四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。4.1工程规模本工程拟在烟台港XX港区建设一个5万吨级泊位的多用途码头。4.2布置原则（一）平面布置应符合港口总体规划，并应考虑近远期结合和合理分区，适当留有发展余地（二）新建港区布置应统筹考虑码头、综合物流、临港工业和城市等方面的发展要求。（三）码头设施布置宜相对集中，以便于综合利用港口设施合集疏运系统，且应避免互相干扰。（四）平面布置应在深入分析自然条件的基础上，合理利用自然条件，充分利用岸线与水陆域资源。（五）平面布置应满足港口运营安全的要求，且有利于提高生产效率和降低运营成本。码头泊稳条件不满足运营、安全要求或冲淤严重时，应采取必要的防护措施。（六）港口水域、陆域、集疏运等系统能力应相互匹配，提高港口综合通过能力。（七）新建港区的平面布置应与原有港区和相邻工程相互协调，并应减少建设过程中对原有港区和相邻工程的干扰。（八）码头、航道与跨海建筑物、构筑物的安全距离应按国家现行有关标准执行。4.3设计船型根据港口使用要求，参考《海港总平面设计规范》JTJ211—99附录A选取。 表4-1设计船型主尺度表设计船型总长（m）型宽（m）型深（m）满载吃水（m）40000DWT杂货船20032.219.012.34.4作业条件本次设计的码头为4万吨级的多用途码头，作业要求： 风：≤6级；雨：降水强度≤中雨；雾：能见度≥l km；雷暴：无雷暴。4.41风参考表1风频率统计表可知，本港平均年风力大于6级的天数为365×4.59%=16.75天取17天4.42雨根据自然条件可知本地区降水强度≥中雨的天数：13.4天4.43雾平均每年大雾实际出现天数为10.9天，取11天。4.44灾害性天气本区灾害性天气过程主要为台风，据多年资料统计影响烟台附近海域的台风每年有1~2个，持续时间可达3~4天。取7天。综上所述本工程全年作业天数为365-17-13.4-11-7=316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:(4-1)式中：Lb——一个泊位的长度（m）；L——设计船长（m）； ——泊位间富裕长度（m）；L根据设计船长决定，由表4-1确定L=200m的数值有下表查表4-2确定：表4-2泊位间富裕长度取值表(m)<4041～8586～150151～200201～230>230(m)58～1012～1518～2022～2530故取d=20m。码头泊位长度为=200+2×20=240m。4.5.2码头前沿高程码头前沿设计水深，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，按下面公式确定：=++++(4-2)式中，T——设计船型满载吃水，取12.3m——龙骨下最小富裕深度，含淤泥的沙地取0.6m；——波浪富裕深度，因为是有掩护水域，取0m；——船舶因配载不均匀而增加的尾吃水，杂货船可不计；——港池备淤深度，考虑一年进行一次维护性挖泥，取0.5m。综合以上各值，得设计水深＝13.4m。故码头前沿水底高程＝设计低水位－＝0.25－13.4=﹣13.15m码头面高程：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； 故预留码头面标高取3.9m。4.5.3码头前沿停泊水域尺度码头前沿停泊水域宽度取两倍的设计船宽2×32.2=64.4m4.5.4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=13.4+0.5=13.9m船舶自行掉头回旋圆直径为2.0L=2.0×200=400m4.5.5陆域设计高程后方陆域高程取同码头前沿相同的高程，即+3.90m。4.5.6航道设计尺度航道水深：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，即：.航道设计水深D的计算公式如下：(4-3)其中：T——设计船型满载吃水12.3m；——船舶航行时船体下沉增加的富裕水深查表取0.3m；——航行时龙骨下最小富裕深度0.6m：——波浪富裕深度0m；——船舶装载纵倾富裕深度0m；——备淤富裕深度0.5m。综合以上各值，得＝13.7m。 航道有效宽度：（4-4）（4-5）式中：W——航道有效宽度（m）；L——设计船型长度，200m；A——航迹带宽度（m）；b——船舶间富裕宽度，取设计船宽B=32.2m；c——船舶与航道底边的富裕宽度，取0.75B=0.75*32.2=24.1m；——风、流压偏角（°），取；n——船舶漂移倍数，取n=1.81。算得：A=1.81×（200sin3°+32.2）=77.23m；W=2×77.23+32.2+2×24.1=234.86m。4.6装卸工艺设计装卸船采用门机，水平运输采用托挂车，库场作业采用铲车和轮胎吊机。10t门机台时效率一般为30~50t，取40t，昼夜装卸作业时间取18h，码头全年工作天数取316d，则每台门机全年可完成装卸量22.75万吨，根据40万吨的设计吞吐能力，需配置2台10t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、挂钩及调头等时间按每次100s计算，每小时可运输10次，配一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。4.7库场面积确定4.7.1件杂货，散货的仓库或堆场面积件杂货仓库和堆场的总面积按下式计算： (4-6)式中：Q——年货运量，40万吨；——仓库（堆场）不平衡系数，取1.35；——货物最大入库（场）百分比，取100％（不考虑直取作业）；q——单位有效面积的货物堆存量，取1.3t/；——仓库（堆场）年营运天数，取350d；——仓库总面积利用率，取75％；——货物在库（场）的平均堆存期，取10d。算得：A=15824㎡，取16000㎡。4.7.2码头前沿作业地带码头前沿地带：该地带主要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。对有门机的码头，它是从码头前沿线到门机后轨外1.5m处范围内。门机轨距10.5m，门机前轮距码头前沿线2m。综合考虑宽取14m。前方堆场：门机最大伸距为30m，所以前方堆场的宽度为23.25m。故前方堆场宽度取为24m。4.7.3货物堆存及运输区件杂货，散杂货堆场（仓库）分为一线二线，一线库（场）的容量按一搜设计船型的装卸量考虑，取8000㎡，矩形布置，长200m，宽40m，面积8000㎡。二线库（场）取相同布置，则杂货库场的总面积为16000㎡。 第五章结构选型5.1结构形式本部分主要参考：《港工建筑物》、《码头设计与施工规范》、《港口航道与海岸工程专业毕业设计指南》、《港口工程结构设计算例》。由《港工建筑物》“2.1重力式码头概述”，重力式结构具有坚固耐久、可承受较大的码头地面荷载、对码头地面超载和装卸工艺变化适应性强、施工较简单等优点，在地基条件适合情况下，常为首先考虑的码头结构型式。本工程地基经过处理，可以有较大的承载能力，能适应于重力式结构。在使用上，码头荷载较大，采用重力式结构比较合适。因此重力式结构是一个比较理想的结构型式。5.2构造尺度5.2.1沉箱外形尺寸根据《重力式码头设计与施工规范》（JTS167-2-2009）沉箱的底宽①沉箱长度：沉箱长度有设备能力，施工要求和码头变形缝间距确定。该码头施工条件良好，没有特别要求和限制，取沉箱长度20m。②沉箱高度：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=施工水位+0.3~0.5，取1.6m，码头前沿水深D=13.4m沉箱高度为：1.6+13.4=15m.③沉箱宽度：沉箱的底宽应根据建筑物的稳定性和地基承载力确定，B=0.6~0.7H,H（胸墙顶到沉箱底）为0.6~0.7×｛3.9-（-13.15）｝=10.23~11.94m,可取码头沉箱的宽度为11m（包括前趾和后踵各1m的悬臂）。5.2.2箱内隔墙设置根据《重力式码头设计与施工规范》（JTS167-2-2009）沉箱内的纵横隔墙宜对称布置，间距可取3~5米。内隔墙上部开孔时，孔口下边缘至箱底的距离不宜小于隔墙间距的1.5倍。因此，本设计在箱内设置一道纵向隔墙和4道横向隔墙。 沉箱剖面图 5.2.3沉箱构件尺寸根据《重力式码头设计与施工规范》（JTS167-2-2009）2.3.20条：扶壁、沉箱和空心块体等构件折角处宜设置加强角，其尺寸可采用150mm~200mm。及5.1.5条：沉箱外壁厚不宜小于250mm；底板厚度不宜小于外壁厚度，墙趾长度不宜过大；隔墙厚度可采用隔墙间距的1/25~1/20,但不宜小于200mm。故初步拟定沉箱各构件的尺寸为：箱壁厚度350mm，底板厚度500mm，隔墙厚度20cm，在各构件连接处设置200mm×200mm的加强角，以减少应力集中。 5.2.4胸墙尺寸根据《重力式码头设计与施工规范》（JTS167-2-2009）胸墙底标高不低于施工水位，底高程取1.6m（使沉箱嵌入胸墙10cm），取顶宽3.5m。5.2.5基床尺寸本设计码头前沿水深13.4m，设计船型的满载吃水12.3m。故采用暗基床，厚度取1m，外肩宽不宜小于1.5倍基床厚度，取2m；内肩宽不宜小于0.5倍基床厚度，取1m。底宽=11+2+1=14m5.3作用分析确定所有作用在结构上的作用（荷载）的标准值，一般包括自重、土压、水压、波浪、水流、地震以及使用荷载（船舶荷载、机械荷载）等。材料重度标准表：表5-1材料重度和内摩擦角标准值表材料名称重度（kN/m3）内摩擦角（°）γ水上γ水下混凝土胸墙C252414-钢筋混凝土沉箱C302515-块石181145 码头面的作用分为永久作用、可变作用和偶然作用。永久作用包括结构自重、填料土压力、贮仓压力和施工期沉箱沉放所受水压力。可变作用包括堆货土压力、机械荷载、船舶荷载和波浪力。偶然作用包括地震作用5.3.1永久作用计算结构自重、填料土压力、贮仓压力时因水上水下的材料重度不一，需分水位分别计算。1.结构自重力结构自重力受水位影响，应对不同的水位情况分别计算，为了方便列表计算。1）极端高水位情况表5-2极端高水位自重作用计算表计算项目构件尺寸（）自重力（）力臂（）稳定力矩（）上底宽下底宽高长沉箱前后壁、纵隔墙0.90.914.52039155.521532.5沉箱侧板、横隔墙1.51.514.54.052642.635.514534.47沉箱底板990.52013505.57425沉箱前后趾0.50.81.5203905.52145沉箱竖抹角00.20.214.4172.85.5950.4沉箱底抹角00.20.27.3544.15.5242.55沉箱前仓填料4.054.053.775722.703.37519314.11沉箱后仓填料4.054.053.714.511871.017.62590516.45胸墙13.53.512013302.753657.5 胸墙25512014003.54900胸墙3990.42010085.55544沉箱上填料15.55.51201305810440沉箱上填料2441208808.757700沉箱后趾填料14.915.212033111136421∑35342.24225322.98每延米自重1767.1111266.152)设计高水位情况表5-3设计高水位自重作用计算表计算项目构件尺寸（）自重力（）力臂（）稳定力矩（）上底宽下底宽高长沉箱前后壁、纵隔墙0.90.914.52039155.521532.5沉箱侧板、横隔墙1.51.514.54.052642.635.514534.47沉箱底板990.52013505.57425沉箱前后趾0.50.81.5203905.52145沉箱竖抹角00.20.214.4172.85.5950.4沉箱底抹角00.20.27.3544.15.5242.55沉箱前仓填料4.054.053.775722.703.37519314.11 沉箱后仓填料4.054.053.714.511871.017.62590516.45胸墙13.53.512016802.754620胸墙25512019403.56790胸墙3990.42010085.55544沉箱上填料15.55.51201980815840沉箱上填料2441201182.48.7510346沉箱后趾填料14.915.212033111136421∑37209.64236221.82每延米自重1860.4811811.09 3)设计低水位表5-4设计低水位自重作用计算表计算项目构件尺寸（）自重力（）力臂（）稳定力矩（）上底宽下底宽高长沉箱前后壁、纵隔墙0.90.914.52041585.522869沉箱侧板、横隔墙1.51.514.54.052806.655.515436.56沉箱底板990.52013505.57425沉箱前后趾0.50.81.5203905.52145沉箱竖抹角00.20.214.4183.65.51009.8沉箱底抹角00.20.27.3544.15.5242.55沉箱前仓填料4.054.053.775722.703.37519314.11沉箱后仓填料4.054.053.714.512575.317.62595886.74胸墙13.53.512016802.754620胸墙25512024003.58400胸墙3990.42017285.59504沉箱上填料15.55.51201980815840沉箱上填料24412014408.7512600沉箱后趾填料14.915.212035001138500 ∑39958.36253792.76每延米自重1997.9212689.64 4)极端低水位表5-5极端低水位自重作用计算表计算项目构件尺寸（）自重力（）力臂（）稳定力矩（）上底宽下底宽高长沉箱前后壁、纵隔墙0.90.914.52043745.524057沉箱侧板、横隔墙1.51.514.54.052952.455.516238.48沉箱底板990.52013505.57425沉箱前后趾0.50.81.5203905.52145沉箱竖抹角00.20.214.4193.25.51062.6沉箱底抹角00.20.27.3544.15.5242.55沉箱前仓填料4.054.053.775722.703.37531474.85沉箱后仓填料4.054.053.714.513200.647.625100654.88胸墙13.53.512016802.754620胸墙25512024003.58400胸墙3990.42017285.59504沉箱上填料15.55.51201980815840沉箱上填料24412014408.7512600沉箱后趾填料14.915.212036681140348∑41123.09274612.36 每延米自重2056.1513730.62 5)施工期情况：施工期自重力由沉箱和沉箱内填料组成，按设计高水位情况计算。根据表沉箱自重和沉箱内填料自重计算结果得：2.土压力标准值根据《重力式码头设计与施工规范》“2.4.1.2”主动土压力系数按下式计算：（5-1）式中，：主动土压力系数；：填料的内摩擦角标准值（），码头后填料为块石，。沉箱顶面以下考虑墙背外摩擦角，根据《重力式码头设计与施工规范》“表C.0.3-1”查得，故根据“2.4.1.3”码头后填料土压力按下式计算：（5-2） 式中，：填料的重度标准值（kN/m3）；：永久作用部分土压力强度（）；：填料的厚度标准值（）；：土的粘聚力标准值（），。1）极端高水位情况土压力引起的水平作用：土压力引起的倾覆力矩：土压力引起的竖向作用：土压力引起的稳定力矩：2）设计高水位情况 土压力引起的水平作用：土压力引起的倾覆力矩：土压力引起的竖向作用：土压力引起的稳定力矩：1）设计低水位情况土压力引起的水平作用： 土压力引起的倾覆力矩：土压力引起的竖向作用：土压力引起的稳定力矩：1）极端低水位情况土压力引起的水平作用：土压力引起的倾覆力矩： 土压力引起的竖向作用：土压力引起的稳定力矩：3.贮仓压力根据《重力式码头设计与施工规范》JTJ290-98规定沉箱内填料对箱壁和底板的作用按贮仓压力计算，可按下列公式计算式中，：垂直压力标准值（）；：仓内填料重度标准值（），；：系数（）；：计算点距填料顶面的深度（）；：作用在仓内填料顶面的均布荷载标准值（），；：侧压力标准值（）；：填料内摩擦角（），；：仓内填料的侧压力系数，取； ：仓的横截面内周长（）；：填料与仓壁之间的外摩擦角标准值（），可取；：空腔横截面面积（）。仓格的横截面：1)前仓贮仓深度H=8m由，按深仓计算、、、时贮仓压力：计算结果见表 前仓贮仓压力贮仓压力（）0248015.5631.6447.3604.279.2713.881)后仓贮仓深度H=14.5由，按深仓计算。①极端高水位情况、、、时贮仓压力计算结果见表后仓贮仓压力贮仓压力（）051014.5036.6551.9357.89010.7415.2216.96②设计高水位情况设计高水位情况下的后仓贮仓压力同极端高水位的一样③设计低水位情况、、、时贮仓压力计算结果见表后仓贮仓压力贮仓压力（）01.35（水上）1.35（水下）1014.5021.6413.2351.9357.8906.343.8815.2216.96④极端低水位情况 、、、时贮仓压力计算结果见表后仓贮仓压力贮仓压力（）02.55（水上）2.55（水下）1014.5037.0322.6351.9357.89010.856.6315.2216.964.施工期沉箱沉放时面板所受水压力计算由经验分析，沉箱面板所受水压力最大时，是在沉箱内灌水1.5倍l深度时，故只计算沉箱下沉中，箱内灌水1.5l（l=3.7）=5.55m深度时的水压力。沉箱总重：沉箱自重力计算结果得到：加入1.5l深水后的沉箱重量为：沉箱排水体积：减去前、后趾的体积：沉箱吃水：沉箱面板所受水压力：P=11.63×10.25-5.55×10.25=62.32kPa 5.3.2可变作用1.堆货荷载产生的土压力各种水位时，堆货荷载产生的土压力标准值均相同，沉箱顶、底的土压力强度分别为：＝30×0.172＝5.16（）＝30×0.155＝4.65（）堆货荷载引起的水平作用：堆货荷载引起的倾覆力矩：堆货荷载引起的竖向作用：堆货荷载引起的稳定力矩：2.码头前沿堆货引起的竖向作用码头前沿堆货范围按计算：码头前沿堆货产生的稳定力矩：3.门机荷载产生的土压力码头采用最大幅度为30m的10t门机，查《港口工程荷载规范》（JTS144-1-2010）附录C，知Mh-10-30，最大轮压力为250kN ，两机荷载图式间的最小距离为1.50m。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16个轮子。考虑3种情况。第一种情况:前轮220KN/轮，后轮80KN/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围：门机后轮产生的附加土压力强度：式中：=0.155；=4.39m；P=80×16/20=64(kN/m)=2×64/4.39×0.155=4.519(KPa)门机后轮产生附加土压力引起的水平作用和倾覆力矩：＝1/2×4.519×4.39＝9.919（KN/m）＝9.919×4.39/2＝21.772（）门机后轮产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩：＝9.919×＝2.658（KN/m）＝2.658×10＝26.58（）门机前轮产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩：G＝220×16/20＝176（KN/m）＝176×3＝528（）第二种情况：前轮200KN/轮，后轮100KN/轮。门机后轮产生的附加土压力强度：P=100×16/20=80(KN/M) =2×80/4.39×0.155=5.649(KPa)门机后轮产生附加土压力引起的水平作用和倾覆力矩：＝1/2×5.649×4.39＝12.40（KN/m）＝12.40×4.39/2＝27.218（）门机后轮产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩：＝12.40×＝3.323（KN/m）＝3.323×10＝33.23（）门机前轮产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩：G＝200×16/20＝160（KN/m）＝160×3＝480（）第三种情况：前轮150KN/轮，后轮150KN/轮。门机后轮产生的附加土压力强度：P=150×16/20=120(KN/M)=2×120/4.39×0.155=7.592(KPa)门机后轮产生附加土压力引起的水平作用和倾覆力矩：＝1/2×7.592×4.39＝16.664（KN/m）＝16.664×4.39/2＝36.577（）门机后轮产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩：＝16.664×＝4.465（KN/m）＝4.465×10＝44.65（）门机前轮产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩： G＝150×16/20＝120（KN/m）＝120×3＝360（）4.船舶系缆力a)船舶水面以上受风面积按《港口工程荷载规范》（JTJ215-98）中式（10.2.2-1，10.2.2-2）计算：满载时：（10.2.2-1）=2391.82m2=563.48m2式中：：相应装载情况下船体水面以上横向受风面积（）DW:船舶载重量（t），取40000t。b)作用于船舶上计算风压力的垂直于码头前沿线的横向分力和纵向分力按《港口工程荷载规范2010》中计算:式中：：作用在船舶上的计算风压力的横向分力和纵向分力（kN）；：相应装载情况下船体水面以上横向和纵向受风面积（）；设计风速的横向分量和纵向分量（m/s）； :风压不均匀折减系数，由表确定，横向取0.70，纵向取1.00；:风压高度变化修正系数，取1.2根据资料，烟台港台风最大风速可达30m/s风压不均匀折减系数船舶水面上最大轮廓尺寸（m）100200风压不均匀折减系数1.000.900.700.60风压高度变化修正系数船舶水面上高度（m）10152030风压高度修正系数1.001.181.301.391.54a)系揽力标准值系缆力标准值可通过下式计算：式中：N:系缆力标准值(KN)；——分别为可能同时出现的风和水流对船舶作用产生的横向分力总和（KN）与纵向分力总和（KN）；K:系船柱受力不均匀系数，当n>2时K=1.3，故K=1.3；n：计算船舶同时受力的系船柱数目，取n=4；：系缆力的倾角，；不同船长受力系船柱数目及间距船舶总长L（m）≤100101~150151~200201~250251~300＞300受力系船柱数目2345~67~8按泊位长度确定系船柱间距（m）202530303030 查规范（JTS144-1-2010）本码头系揽力标准值500KN，计算大于此值，故以计算系揽力为准。a)系缆力引起的垂直、水平作用力和倾覆力矩分别为5.波浪力波峰作用和谷作用的波浪力方向相反，需要按照不同的的计算项目取用。但是由于波峰作用时波浪力对使用期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自产生的力矩。施工期刚安放好沉箱时波峰作用不利于沉箱稳定，考虑波峰作用。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。1)极端高水位情况：（1）波长的计算：根据《海港水文规范》“4.1.3”可按下式计算波长： （5-8）式中，：波长（）；：平均周期（）；：重力加速度（）；：水深（）。当≈1时，为深水波。其波长用表示由d＝16.96/99.97=0.1697查水文规范（JTJ213-98）附录G得dL=0.1996，从而得到波长为（1）波压力强度的计算：根据《海港水文规范》“表8.1.1”可判断墙前波态为立波。①波峰作用: 按《海港水文规范》8.1.3条计算波浪中线超出静水面的高度：静水面以上高度处的波压力强度为零水底处波压力强度：静水面处波压力强度：波峰压力强度分布图见图5-3。①波谷作用水底处波压力强度：墙底浮托力：①静水面处波压力强度：静水面以下处波压力强度按下式计算： （5-14）式中，：静水面以下深度处波压力强度（）。波谷压力强度分布如图5-3所示。①波谷压力引起的水平作用和倾覆力矩：1)设计高水位情况：（1）波长的计算：（2）波压力强度的计算：墙前波态为立波。①波峰作用: 按《港航水文规范》8.1.3计算波压力。波浪中线超出静水面的高度：静水面以上高度处的波压力强度为零水底处波压力强度：静水面处波压力强度：波峰压力强度分布图见图5-3。①波谷作用波浪中线超出静水面的高度：静水面处波压力强度：静水面以下处波压力强度：水底处波压力强度： 墙底处波压力强度：墙底面上波浪浮托力：波谷压力强度分布如图5-4所示。①波谷压力引起的水平作用和倾覆力矩：1)设计低水位情况：（1）波长的计算：（2）波压力强度的计算：墙前波态为立波。 ①波峰作用:“8.1”无相关波压力计算的内容，可按“8.1.3”和的情况来计算波压力。波浪中线超出静水面的高度：静水面以上高度处的波压力强度为零水底处波压力强度：静水面处波压力强度：波峰压力强度分布图见图5-3。②波谷作用波浪中线超出静水面的高度：静水面处波压力强度：静水面以下处波压力强度： 水底处波压力强度：墙底处波压力强度：墙底面上波浪浮托力：波谷压力强度分布如图5-5所示。①波谷压力引起的水平作用和倾覆力矩：1)施工期间波浪力计算：施工期波浪只考虑设计高水位波峰作用时的情况。（1）波长的计算： （1）波压力强度的计算：墙前波态为立波。①波峰作用:按《港航水文学》“8.1.3”计算波压力。波浪中线超出静水面的高度：静水面以上高度处的波压力强度为零水底处波压力强度：静水面处波压力强度：墙底浮托力：波峰压力强度分布图见图5-。②波峰压力引起的水平作用和倾覆力矩：按沉箱顶面高程计算： 5.3.3码头荷载标准值汇总表5-11码头荷载汇总表作用分类荷载情况垂直力（）水平力（）稳定力矩（）倾覆力矩（）永久作用自重力极端高水位1767.1111266.15设计高水位1860.4811811.09设计低水位1997.9212689.64极端低水位2056.1513730.62施工期1305.417833.02填料土压力极端高水位72.33269.94759.471604.23设计高水位77.63289.72815.111767.73设计低水位87.11325.10914.662029.78极端低水位91.68342.15962.642140.98可变作用波谷吸力极端高水位89.1343.08326.72922.73设计高水位87.51305.08320.872413.2设计低水位78.93226.01289.411524波压力施工期-109.34427.433528.79801.83堆货土压力18.6982.44196.25729.09前沿堆货150825系缆力-11.5921.63400.84门机作用12.6589.91926.5821.772门机作用23.32312.4033.2327.218 门机作用34.46516.66444.6536.577 第六章结构计算6.1稳定性验算6.1.1作用效应组合根据《重力式码头设计与施工规范》“2.2”重力式码头应按持久状况、短暂状况和偶然状况设计。持久组合见表6-1，短暂组合见表6-2。表6-1持久组合组合水位荷载组合持久组合一极端高水位（永久作用）堆货（主导可变作用）+波谷压力（非主导可变作用）持久组合二设计高水位（永久作用）堆货（主导可变作用）+波谷压力（非主导可变作用）持久组合三极端高水位（永久作用）波谷压力（主导可变作用）+堆货（非主导可变作用）持久组合四设计高水位（永久作用）波谷压力（主导可变作用）+堆货（非主导可变作用）表6-2短暂组合组合水位荷载组合短暂组合一设计高水位（永久作用）波峰压力（主导可变作用）偶然组合：本码头所在地区地震烈度为7度。6.1.2抗滑稳定性验算按照《重力式码头设计与施工规范》中规定来进行码头沿基床顶面的抗滑稳定性验算 1.对于持久组合一、二，考虑波浪力，并且堆货土压力为主导可变作用时，根据《重力式码头设计与施工规范》的规定采用下式验算：2.对于持久组合三、四，考虑波浪力，并且波浪力为主导可变作用时，根基《重力式码头设计与施工规范》的规定采用以下公式验算：3.对于短暂组合情况，按《防波堤设计与施工规范》的规定采用下式计算：4.考虑地震作用影响，根据《水运工程抗震设计规范》码头抗滑稳定性按下式验算：验算结果见附表6.1.3抗倾稳定性验算1.对于持久组合一、二，考虑波浪作用，堆货土压力为主导可变作用，根据《重力式码头设计与施工规范》采用下式验算：2.对于持久组合三、四，考虑波浪作用，且波浪力为主导可变作用，根据《重力式码头设计与施工规范》采用下式验算：3.对于短暂组合，按《防波堤设计与施工规范》采用下式计算：4.考虑地震作用影响，根据《水运工程抗震设计规范》码头抗倾稳定性按下式验算： 验算结果见附表 6.1.4基床承载力验算基床顶面应力计算作用组合：持久组合I：极端高水位，波谷压力（主导可变作用）＋堆货（非主导可变作用）；持久组合II：设计低水位，波谷压力（主导可变作用）＋堆货、前沿堆货、门机情况三产生的土压力（非主导可变作用）；短暂组合：设计高水位（永久作用）+施工期波浪力波峰作用为主导可变作用。1.重力式码头基床顶面应力按直线分布，按偏心受压公式计算，对于矩形墙底计算公式如下：（6-1-7）式中：：分别为基床顶面的最大和最小应力标准值（kPa）;B:墙底宽度（m）；:作用在基床顶面的竖向合力标准值（kN/m）;e:墙底面合力标准值作用点的偏心距（m），；：合力作用点与墙前趾的距离（m），;:分别为竖向合力标准值和倾覆力标准值对墙底前面趾的稳定力矩和倾覆力矩（kN.m/m） ①持久组合I情况的基床顶面应力计算：基床顶面应力分布如图6-1所示基床顶面应力分布如图6-1所示图6-1极端高水位下基床顶面应力分布 ①持久组合情况二时基床顶面应力计算:基床顶面应力分布如图6-2所示。图6-2设计低水位下基床顶面应力分布②短暂组合时基床顶面应力计算: 基床顶面应力分布如图6-4所示。图6-4短暂状况基床顶面应力分布6.1.5地基承载力验算根据“2.5.7”地基承载力按下式验算： 式中，：基床底面最大应力分项系数，取1.0；：基床底面最大应力标准值（）；：基槽换填抛石体承载力设计值（），未经夯实取450，经夯实取550。故基床顶面应力通过基床向下扩散。根据“2.5.6”基床底面最大、最小应力标准值和合力标准值作用点得偏心距按下式计算：式中，、：分别为抛石基床底面的最大和最小应力标准值（）；：墙底面的实际受压宽度（），时，时；：抛石基床厚度（）；：块石的水下重度标准值（）；：抛石基床底面合力标准值作用点的偏心距（）。持久组合一： 持久组合二：短暂组合： 6.2构件设计根据码头稳定性验算的计算结果，沉箱构件的内力分别按承载力极限状态和正常使用极限状态下不同作用效应组合的情况进行计算6.2.1作用效应组合构件计算时考虑三种组合情况，持久状况作用效应组合见表6-6，短暂状况作用效应组合见表6-7。表6-6持久状况作用效应组合组合水位荷载组合持久组合一极端高水位（永久作用）波谷压力（主导可变作用）+堆货（非主导可变作用）持久组合二设计低水位（永久作用）波谷压力（主导可变作用）+（堆货+前沿堆货作用+装卸桥作用二）（非主导可变）表6-7短暂状况作用效应组合组合水位荷载组合短暂组合设计高水位（永久作用）施工期波峰压力（主导可变作用）6.2.2内力计算(一)承载能力极限状态的内力计算1.沉箱前面板计算1)前面板受由外向里的荷载作用时（短暂状况）(1)计算图示沉箱施工期下沉时，当箱内灌水1.5（）沉箱吃水时，其荷载值最大，即： 根据《重力式码头设计与施工规范》“2.6.1”面板所受水压力的分项系数取1.20，故水压力设计值为：底板以上1.5区段内按三边固定一边简支板计算，计算见图如图6-5所示；1.5以上按两端固定的连续板计算，计算简图如图6-6所示。图6-51.5以下面板计算简图图6-61.5以上面板计算简图(2)内力计算①底板以上1.5： 根据《建筑结构静力计算手册》“表4-21”内插得弯矩系数，，，弯矩=系数，钢筋混凝土的泊桑比，故修正后①1.5以上区段：查“表3-2”得跨中最大弯矩系数：=0.078，支座最大弯矩系数=-0.105，1)前面板受由里向外的荷载作用时（持久状况）(1)计算图示 使用期间设计低水位时，沉箱前面板受波谷压力和贮仓压力共同作用，荷载值最大。根据《重力式码头设计与施工规范》“2.6.1”贮仓压力的分项系数取1.35，波谷压力的分项系数取1.5。荷载为梯形分布，可按图6-7分为矩形荷载和三角形荷载。图6-7荷载简图底板以上1.5区段内按三边固定一边简支板计算，计算简图如图6-8所示；1.5以上按两端固定的连续板计算，计算简图如图6-9所示。 图6-8矩形荷载1.5以下面板计算简图三角形荷载1.5以下面板计算简图 图6-9矩形荷载1.5以上面板计算简图三角形荷载1.5以下面板计算简图(2)内力计算①底板以上1.5区段内：矩形均布荷载弯矩系数根据《建筑结构静力计算手册》“表4-21”内查得，，，，钢筋混凝土的泊桑比，故三角形线性荷载弯矩系数根据《建筑结构静力计算手册》“表4-36”内查得：，，，， 钢筋混凝土的泊桑比，故矩形和三角形荷载叠加后得②1.5以上区段：查“表3-2”得跨中最大弯矩系数：=0.078，支座最大弯矩系数=-0.105，2.沉箱底板计算沉箱底板的计算考虑沉箱作用在基床上的受力情况，荷载包括：基床应力、底板自重和沉箱内填料的垂直压力。1)沉箱前底板受由下向上的荷载作用（持久状况）(1)计算图示 设计低水位时，在永久作用与波峰压力、地基反力共同作用下底板所受荷载最大。贮仓压力的分项系数取1.35，浮托力的分项系数取1.5，底板自重的分项系数取1.3，基床反力的分项系数取1.35。荷载为梯形分布，按图6-10划分为矩形荷载和三角形荷载。图6-10荷载简图底板按四边固定板计算，计算简图如图6-11所示。 ab图6-11a.前底板矩形荷载计算简图b.前底板三角形荷载计算简图(2)内力计算矩形均布荷载弯矩系数根据《建筑结构静力计算手册》“表4-19”内查得，，，，钢筋混凝土的泊桑比，故 三角形线性荷载弯矩系数根据“表4-37”内查得：，，，，，钢筋混凝土的泊桑比，故矩形和三角形荷载叠加后得2)沉箱后底板受由下向上的荷载作用（短暂状况）(1)计算图示设计高水位时，在永久作用与波峰压力、地基反力共同作用下底板所受荷载最大。贮仓压力的分项系数取1.35，浮托力的分项系数取1.5，底板自重的分项系数取1.3，基床反力的分项系数取1.35. 荷载为梯形分布，按图6-12划分为矩形荷载和三角形荷载。图6-12荷载简图底板按四边固定板计算，计算简图如图6-13所示。ab图6-13a.后底板矩形荷载计算简图b.后底板三角形荷载计算简图(2)内力计算 矩形均布荷载弯矩系数根据《建筑结构静力计算手册》“表4-19”内查得，，，，钢筋混凝土的泊桑比，故三角形线性荷载弯矩系数根据“表4-37”内插得：，，，，，钢筋混凝土的泊桑比，故 矩形和三角形荷载叠加后得3.前、后趾计算1)前趾受由下向上的荷载作用（持久状况）(1)计算图示设计低水位时，在永久作用与波峰压力、地基反力共同作用下底板所受荷载最大。浮托力的分项系数取1.5，底板自重的分项系数取1.3，基床反力的分项系数取1.35。荷载为梯形分布，前趾按悬臂板计算，计算简图如图6-14所示。 图6-14荷载简图(2)内力计算根据《建筑结构静力计算手册》“表2-2”梯形荷载作用下支座弯矩为:（6-24）2)后趾受由下向上的荷载作用（短暂状况）(1)计算图示设计高水位时，在永久作用与波峰压力、地基反力共同作用下底板所受荷载最大。浮托力的分项系数取1.5，底板自重的分项系数取1.3，基床反力的分项系数取1.35。(2)内力计算梯形荷载作用下支座弯矩为 4.内力汇总承载能力极限状况内力汇总见表6-8、6-9、6-10。表6-8前面板内力汇总项目前面板内侧弯矩（）前面板外侧弯矩（）支座跨中支座跨中1.5以下向44.3143.6993.2220.72向35.2719.5670.169.381.5以上向49.5488.72119.4336.80表6-9底板内力汇总项目底板下层弯矩（）底板上层弯矩（）支座跨中支座跨中前底板向153.0865.01向148.0151.86后底板向226.6896.17向231.9177.27表6-10趾内力汇总项目底板下层弯矩（）支座跨中前趾向150.00后趾向249.94(二)正常使用极限状态的内力计算沉箱前面板计算 1)前面板受由外向里的荷载作用时（短暂状况）(1)计算图示短暂状况的永久作用与可变作用的代表值取标准分项系数，均取为1.0；持久状况可变作用的准永久值系数取0.6.底板以上1.5区段内按三边固定一边简支板计算，计算简图如图6-16所示；1.5以上按两端固定的连续板计算，计算简图如图6-17所示。图6-161.5以下前面板计算简图图6-171.5以上前面板计算简图(2)内力计算①底板以上1.5： 根据《建筑结构静力计算手册》“表4-21”内插得弯矩系数，，，弯矩=系数，钢筋混凝土的泊桑比，故修正后①1.5以上区段：查“表3-2”得跨中最大弯矩系数：=0.078，支座最大弯矩系数=-0.105， 2)前面板受里由向外的荷载作用时（持久状况）(1)计算图示准永久值系数取0.6。荷载为梯形分布，按图6-18划分为矩形荷载和三角形荷载。图6-18荷载简图底板以上1.5区段内按三边固定一边简支板计算，计算简图如图6-19所示；1.5以上按两端固定的连续板计算，计算简图如图6-20所示。ab 图6-19a.矩形荷载1.5以下面板计算简图b.三角形荷载1.5以下面板计算简图图6-20a.矩形荷载1.5以上面板计算简图b.三角形荷载1.5以上面板计算简图(2)内力计算①底板以上1.5区段内：矩形均布荷载弯矩系数根据《建筑结构静力计算手册》“表4-21”内查得，，，，钢筋混凝土的泊桑比，故 三角形线性荷载弯矩系数根据《建筑结构静力计算手册》“表4-36”内查得：，，，，钢筋混凝土的泊桑比，故矩形和三角形荷载叠加后得②1.5以上区段：查“表3-2”得跨中最大弯矩系数：=0.078，支座最大弯矩系数=-0.105， 2.沉箱底板计算1)沉箱前底板受由下向上的荷载作用（持久状况）(1)计算图示荷载为梯形分布，按图6-21换分为矩形荷载和三角形荷载。图6-21荷载简图底板按四边固定板计算，计算简图如图6-22所示。 ab图6-22a.前底板矩形荷载计算简b.前底板三角形荷载计算简图(2)内力计算矩形均布荷载弯矩系数根据《建筑结构静力计算手册》“表4-19”内查得，，，，钢筋混凝土的泊桑比，故三角形线性荷载弯矩系数根据“表4-37”内查得：，，，，， 钢筋混凝土的泊桑比，故矩形和三角形荷载叠加后得2)沉箱后底板受由下向上的荷载作用（短暂状况）(1)计算图示荷载为梯形分布，按图6-23换分为矩形荷载和三角形荷载。底板按四边固定板计算，计算简图如图6-24所示。图6-23荷载简图 ab图6-24a.后底板矩形荷载计算简图b.后底板三角形荷载计算简图(2)内力计算矩形均布荷载弯矩系数根据《建筑结构静力计算手册》“表4-19”内查得，，，，钢筋混凝土的泊桑比，故三角形线性荷载弯矩系数根据“表4-37”内插得： ，，，，，钢筋混凝土的泊桑比，故矩形和三角形荷载叠加后得3.前、后趾计算1)前趾受由下向上的荷载作用（持久状况）(1)计算图示荷载为梯形分布，前趾按悬臂板计算，计算简图如图6-25所示。 图6-25荷载简图(2)内力计算根据《建筑结构静力计算手册》“表2-2”梯形荷载作用下支座弯矩为:（6-24）2)后趾受由下向上的荷载作用（短暂状况）(1)计算图示图2-26荷载简图 (2)内力计算梯形荷载作用下支座弯矩为4.内力汇总正常使用极限状况内力汇总见表6-11、6-12、6-13。表6-11前面板内力汇总项目前面板内侧弯矩（）前面板外侧弯矩（）支座跨中支座跨中1.5以下向22.8436.4177.6910.69向18.9116.3158.574.871.5以上向22.9573.9499.5317.05表6-12底板内力汇总项目底板下层弯矩（）底板上层弯矩（）支座跨中支座跨中前底板向135.8357.67向132.0146.04后底板向160.8668.26向164.7854.83表6-13趾内力汇总项目底板下层弯矩（） 支座跨中前趾向130.32后趾向179.196.2.3承载力验算与抗裂验算表6.1钢筋等级钢筋等级Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级Ⅳ级0.6140.5500.5180.4550.4260.3990.3840.351对沉箱箱壁和底板只进行正截面受弯承载力计算，极限状态设计表达式为：（6-25）式中，：作用效应组合设计值；：结构构件承载力设计值。根据《港口工程钢筋混凝土结构》“3.4”，单筋矩形截面承载力按下式计算（6-26）（6-27）式中，：受弯承载力设计值（）；：混凝土轴心抗压强度设计值（），混凝土等级为C40，根据《水运工程混凝土结构设计规范》“表4.1.3”取；：钢筋抗拉强度设计值（），采用Ⅲ级钢筋，根据“表4.2.3-1”取，相对界限受压区计算高度；：截面抵抗弯矩系数，；：矩形截面宽度（）；：相对受压区计算高度（），；： 纵向受拉钢筋的截面面积（）；：截面的有效高度（），，为受拉钢筋重心到受拉区边缘的距离。钢筋单排布置时，，其中为混凝土保护层厚度，为钢筋直径。根据“8.1”矩形截面的受弯构件的最大裂缝宽度按下式计算：（6-28）（6-29）（6-30）式中，：最大裂缝宽度（）；：构件受力特征系数，受弯构件取1.0；：考虑钢筋表面形状的影响系数，带肋钢筋取1.0；：考虑作用的准永久组合或重复荷载影响的系数，取1.5；对于短暂状况的正常使用极限状态作用组合取1.0~1.2，对施工期可取1.0；：钢筋混凝土构件纵向受拉钢筋的应力（）；：钢筋弹性模量（），取；：纵向受拉钢筋的有效配筋率，时，取0.01，，取0.1；：有效受拉混凝土截面面积（），。混凝土外外侧保护层厚度为50，内侧保护护层厚度为40，底板保护层厚度为40，隔墙保护层厚度为40。受弯承载力计算时，均取单宽。1.前面板外侧1.5以上向1)配筋计算估计钢筋直径为20。 ，故满足要求。满足要求。选取20直径的Ⅲ级钢筋，间距150，实际每米板宽中的钢筋截面面积。2)抗裂验算，，，取满足要求。2.前面板外侧1.5以下向1)配筋计算估计钢筋直径为22。 ，故满足要求。配筋率按下式计算满足要求。选取22直径的Ⅲ级钢筋，间距250，实际每米板宽中的钢筋截面面积。2)抗裂验算，，，取满足要求。3.前面板外侧向 1)配筋计算估计钢筋直径为20。，故满足要求。满足要求。选取20直径的Ⅲ级钢筋，间距250，实际每米板宽中的钢筋截面面积。2)抗裂验算，，，取满足要求。4.前面板内侧1.5以上向估计钢筋直径为20。 ，故满足要求。满足要求。选取20直径的Ⅲ级钢筋，间距200，实际每米板宽中的钢筋截面面积。2)抗裂验算，，，取0.016满足要求。5.前面板内侧1.5以下向估计钢筋直径为18mm， 故满足要求。不满足要求，则按最小配筋率配筋，则：选取18直径的Ⅲ级钢筋，间距250，实际每米板宽中的钢筋截面面积。2)抗裂验算，，，取满足要求。6.前面板内侧向估计钢筋直径为18。， 故满足要求。不满足要求，则按最小配筋率配筋，则：选取18直径的Ⅲ级钢筋，间距250，实际每米板宽中的钢筋截面面积。2)抗裂验算，，，取满足要求。7.前底板下层向估计钢筋直径为25。， 故满足要求。满足要求。选取25直径的Ⅲ级钢筋，间距250，实际每米板宽中的钢筋截面面积。2)抗裂验算，，，取满足要求。8.前底板下层向估计钢筋直径为25。， 故满足要求。满足要求。选取25直径的Ⅲ级钢筋，间距200，实际每米板宽中的钢筋截面面积。2)抗裂验算，，，取满足要求。9.前底板上层向估计钢筋直径为18。， 故满足要求。不满足要求，取，则钢筋截面面积为：选取18直径的Ⅲ级钢筋，间距150，实际每米板宽中的钢筋截面面积。2)抗裂验算，，，取满足要求。10.前底板上层向估计钢筋直径为18。， 故满足要求。不满足要求，取，则钢筋截面面积为：选取18直径的Ⅲ级钢筋，间距200，实际每米板宽中的钢筋截面面积。2)抗裂验算，，，取满足要求。11.后底板下层向估计钢筋直径为20。， 故满足要求。满足要求。选取20直径的Ⅲ级钢筋，间距100，实际每米板宽中的钢筋截面面积。2)抗裂验算，，，取满足要求。12.后底板上层向估计钢筋直径为18。， 故满足要求。不满足要求，取，则钢筋截面面积为：选取18直径的Ⅲ级钢筋，间距200，实际每米板宽中的钢筋截面面积。2)抗裂验算，，，取满足要求。13.后底板下层向后底板下层向的弯矩小于前底板向弯矩，故可将底板配筋通常设置。14.后底板上层向后底板上层向的弯矩小于前底板向弯矩，故可将底板配筋通常设置。 15.前趾下侧向前趾下侧向的弯矩小于前底板向弯矩，故可将底板配筋通常设置。16.后趾下侧向后趾下侧向的弯矩小于前底板向弯矩，故可将底板配筋通常设置。 致谢经过一学期的学习和努力，这次的毕业设计已经初步完成。这次的毕业设计，基本上包涵了大学所学的所有专业知识。使我加深了对所学知识的掌握和理解，并且运用到实际工作中。在这里我要感谢史艳娇老师的指导，没有老师的指导和督促，以我的“拖延症”性格很难完成这份毕业设计。其次，还要谢谢我的同学们，在遇到困难的时候，做过的有经验的同学给予的帮助和鼓励，在没有进展心情烦躁的时候，能够和同学交流探讨。最后，还要感谢天津城建大学对我的栽培，这次毕设的经历不但巩固了我的知识，也将对我以后的工作有很大的帮助。 参考文献[1]中华人民共和国行业标准.海港水文规范（JTJ213-98）[S].北京：人民交通出版社。[2]中华人民共和国行业标准.海港总平面设计规范(JTJ211-99)[S].北京：人民交通出版社。[3]中华人民共和国行业标准.港口工程荷载规范(JTJ215-98)[S].北京：人民交通出版社。[4]中华人民共和国行业标准.防波堤设计与施工规范(JTJ298-98)[S].北京：人民交通出版社。[5]中华人民共和国行业标准.板桩码头设计与施工规范（JTJ292—98）[S].北京：人民交通出版社。[6]中华人民共和国行业标准.高桩码头设计与施工规范(JTJ291-98)[S].北京：人民交通出版社。[7]中华人民共和国行业标准.重力式码头设计与施工规范(JTJ290-98)[S].北京：人民交通出版社。[8]中华人民共和国行业标准.港口及航道护岸工程设计与施工规范(JTJ300-2000)[S].北京：人民交通出版社。[9]中华人民共和国行业标准.水运工程抗震设计规范(JTJ225-98)[S].北京：人民交通出版社。[10]中华人民共和国行业标准.港口工程混凝土结构设计规范(JTJ267-98)[S].北京：人民交通出版社。[11]中华人民共和国行业标准.港口工程灌注桩设计与施工规范(JTJ248-2001)[S].北京：人民交通出版社。[12]中华人民共和国行业标准.港口工程钢结构设计规范（JTJ283-99）[S].北京：人民交通出版社。[13]中华人民共和国行业标准.海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范（JTJ275-2000）[S].北京：人民交通出版社。[14]中华人民共和国行业标准.港口工程地基规范(JTJ250-98)[S].北京：人民交通出版社。 [15]中华人民共和国行业标准.港口工程环境保护设计规范(JTJ231-94)[S].北京：人民交通出版社。[16]中华人民共和国行业标准.装卸油品码头防火设计规范(JTJ237-99)[S].北京：人民交通出版社。[17]中华人民共和国行业标准.港口工程地质勘察规范(JTJ240-97)[S].北京人民交通出版社。[18]中华人民共和国行业标准.码头附属设施技术规范(JTJ297-2001)[S].北京：人民交通出版社。[19]中华人民共和国行业标准.港口工程嵌岩桩设计与施工规程(JTJ285-2000)[S].北京：人民交通出版社。[20]中华人民共和国行业标准.开敞式码头设计与施工技术规程(JTJ295-2000)[S].北京：人民交通出版社。[21]中华人民共和国行业标准.港口工程质量检验评定标准（JTJ221-98）[S].北京：人民交通出版社。[22]中华人民共和国行业标准.港口工程桩基动力检测规程(JTJ249-2001)[S].北京：人民交通出版社。[23]交通部第一航务工程勘查设计院.海港工程设计手册（下册）[S].北京：人民交通出版社，1994。[24]交通部第一航务工程勘查设计院.海港工程设计手册（上册）[S].北京：人民交通出版社，1994 附录附表1抗滑稳定性验算计算表（kN·m）考虑波浪力土压力为主导可变作用结论结果结果持久组合Ⅰ1.01.35269.941.2582.440.71.2343.08755.661.11.01767.1172.3301.200.61017.14稳定持久组合Ⅱ1.01.35289.721.3582.440.71.3305.08780.041.11.01860.4877.6301.300.61071.73稳定波浪力为主导可变作用结论结果结果持久组合Ⅲ1.01.35289.721.2343.080.71.2582.44874.951.11.01860.4877.631.2000.61071.97稳定 持久组合Ⅳ1.01.35269.941.3305.080.71.3582.44838.931.11.01767.1172.331.3000.61017.14稳定短暂组合结论1.01.351.2427.43512.921.01305.411.200.6783.25稳定附表2抗倾稳定性验算计算表（kN·m）考虑波浪力土压力为主导可变作用结论结果结果持久组合Ⅰ1.01.351604.231.25729.090.71.22922.735532.171.351.011266.15759.47196.251.209286.48稳定持久组合Ⅱ1.01.351767.731.35729.090.71.32413.205566.721.351.011811.09815.11196.251.309760.32稳定波浪力为主导可变作用结论 结果结果持久组合Ⅲ1.01.351767.731.22413.200.71.25729.095920.231.351.011811.09815.111.20196.259691.26稳定持久组合Ⅳ1.01.351604.231.32922.730.71.35729.096654.251.351.011266.15759.471.30196.259242.14稳定短暂组合结论结果结果1.01.23528.791.204234.551.351.07833.025802.24稳定'