沉箱重力式码头课程设计.ppt

1、沉箱重力式码头课程设计沉箱重力式码头课程设计 课程设计的目的：课程设计的目的：综合运用综合运用港口水工建筑物港口水工建筑物、港口规划港口规划 等课程的知识，培养分析和解决工程实际问题等课程的知识，培养分析和解决工程实际问题 的能力。的能力。第一节第一节 设计资料（数据见设计任务书）设计资料（数据见设计任务书）1、潮位：、潮位：极端高水位极端高水位 重现期为重现期为50年的年极值高水位。年的年极值高水位。极端低水位极端低水位 重现期为重现期为50年的年极值低水位。年的年极值低水位。设计高水位设计高水位 高潮累积频率高潮累积频率10%的潮位或多年历时累积频率的潮位或多年历时累积频率1%潮位。潮位。

2、设计低水位设计低水位 低潮低潮90%或多年历时累积频率或多年历时累积频率98%潮位。潮位。施工水位：平均水位施工水位：平均水位2、波浪、波浪3、气象、气象 九级风九级风v22m/s，垂直于码头前沿线。，垂直于码头前沿线。4、地震（本次课程设计不考虑）、地震（本次课程设计不考虑）5、地形地质、地形地质 见设计任务书自然条件部分。见设计任务书自然条件部分。6、设计船型、设计船型第二节、设计内容第二节、设计内容一、码头各部分尺寸的初步确定一、码头各部分尺寸的初步确定1、码头顶标高、码头顶标高（即胸墙顶标高）（即胸墙顶标高）原则：原则：大潮时不淹没大潮时不淹没 便于作业和码头前后方高程的衔接。便于作业

3、和码头前后方高程的衔接。有掩护码头有掩护码头 计算水位超高值计算水位超高值 按以下标准校核并取大值：按以下标准校核并取大值：基本标准基本标准 设计高水位设计高水位超高值（超高值（1 11.5m1.5m）复核标准复核标准 极端高水位极端高水位超高值（超高值（0 00.5m0.5m）2、沉箱顶标高：与施工水位有关、沉箱顶标高：与施工水位有关 施工水位施工水位+(0.3+(0.30.5m)0.5m)3、胸墙底标高、胸墙底标高 为保证稳定，一般使胸墙嵌入沉箱顶为保证稳定，一般使胸墙嵌入沉箱顶0.30.30.5m0.5m 沉箱顶标高沉箱顶标高-(0.3-(0.30.5m)0.5m)码头前沿设计水深码头前

4、沿设计水深 D D设计低水位条件下，保证设计船型在满载吃设计低水位条件下，保证设计船型在满载吃 水情况下安全停靠的水深。水情况下安全停靠的水深。D=T+ZD=T+Z1 1+Z+Z2 2+Z+Z3 3+Z+Z4 4 T T 设计船型荷载吃水设计船型荷载吃水 Z Z1 1 龙骨下最小富裕深度（与海床底质有关）龙骨下最小富裕深度（与海床底质有关）Z Z2 2 波浪富裕深度波浪富裕深度 Z Z3 3 配载不均匀增加的尾吃水配载不均匀增加的尾吃水 Z Z4 4 备淤深度备淤深度4、码头底标高、码头底标高（抛石基床顶标高，或沉箱底标高）（抛石基床顶标高，或沉箱底标高）设计低水位码头前沿水深设计低水位码头前

5、沿水深5、基床底标高、基床底标高当基床顶面应力大于地基承载力时，当基床顶面应力大于地基承载力时，由地基承载力确定，由地基承载力确定，厚度厚度1m1m；当基床顶面应力不大于地基承载力时，厚度当基床顶面应力不大于地基承载力时，厚度0.5m0.5m；6、基床底宽不宜小于码头墙底宽度与基床底宽不宜小于码头墙底宽度与2 2倍基床厚倍基床厚度之和。度之和。7、抛石棱体顶标高、抛石棱体顶标高（和宽度）（和宽度）抛石棱体抛石棱体坡度坡度 1:11:1抛石棱体顶面和坡面的表层抛石棱体顶面和坡面的表层应有应有0.50.50.8m0.8m厚二片石。厚二片石。其上再设倒滤层。其上再设倒滤层。棱体顶面高出预制安装墙身棱

6、体顶面高出预制安装墙身（沉箱顶）不应小于（沉箱顶）不应小于0.3m(0.3m(考虑沉降考虑沉降)。(土体主动破裂面与水平面夹角土体主动破裂面与水平面夹角)在在626265 65 之间之间8、倒滤层顶标高、倒滤层顶标高（防止墙后回填材料流失）（防止墙后回填材料流失）坡度坡度1:1.51:1.5碎石倒滤层（分层或不分层两种）：碎石倒滤层（分层或不分层两种）：分层分层 碎石层和瓜米石（碎石层和瓜米石（5-20mm5-20mm）或粗砂或砾沙层，）或粗砂或砾沙层，每层厚度每层厚度0.3m0.3m，总厚，总厚 0.6m0.6m 不分层不分层 级配较好的混合石料，如石渣、砂卵石等，级配较好的混合石料，如石渣

7、、砂卵石等，厚度厚度0.8m0.8m；或粒径；或粒径5mm5mm100mm100mm碎石，厚度碎石，厚度0.6m0.6m（由泊位尺度、预制能力等综合确定）（由泊位尺度、预制能力等综合确定）1、泊位长度、泊位长度泊位长度，按中间泊位：泊位长度，按中间泊位：L Lb b L+2d(L+2d(设计船长设计船长富裕长度富裕长度)L L设计船长。设计船长。d d富裕长度，按富裕长度，按海港总平面设计规范海港总平面设计规范中表中表4.3.64.3.6选取，当选取，当L L151151200m200m时，时，d d181820m20m。二、沉箱尺度确定二、沉箱尺度确定2、沉箱长度、沉箱长度长度根据长度根据沉

8、箱预制厂能力沉箱预制厂能力（尽量利用，减少沉箱个数）和（尽量利用，减少沉箱个数）和泊位长度泊位长度综合确定综合确定。沉箱安装缝沉箱安装缝宜采用沉箱高度的宜采用沉箱高度的4，一般采用，一般采用50mm。3、沉箱高度（由码头高程等确定）、沉箱高度（由码头高程等确定）沉箱顶标高沉箱底标高沉箱顶标高沉箱底标高4、沉箱宽度、沉箱宽度 由码头稳定性确定，应通过试算确定。由码头稳定性确定，应通过试算确定。（包括前趾后趾）（包括前趾后趾）经验上取（经验上取（0.60.7）倍码头高度）倍码头高度（胸（胸墙顶到沉箱底）墙顶到沉箱底）三、沉箱细部尺寸三、沉箱细部尺寸1、外形尺寸（长、宽、高）如前定、外形尺寸（长、宽

9、、高）如前定由于背后有抛石棱体，所以本设计沉箱用由于背后有抛石棱体，所以本设计沉箱用平接方式平接方式。（沉（沉 箱前后壁厚度一致，对称，便于计算）箱前后壁厚度一致，对称，便于计算）2、外壁和底板厚度、外壁和底板厚度由计算由计算（水压力、波浪力、填料侧压力等）（水压力、波浪力、填料侧压力等）确定外壁确定外壁厚厚250mm250mm（有抗冻要求（有抗冻要求300mm300mm）（本设计（本设计0.30.3，0.350.35，0.4m0.4m三级）三级）底板厚度底板厚度（基床反力，底板自重，填料垂直压力，浮托（基床反力，底板自重，填料垂直压力，浮托力）力）不小于壁厚（一般比壁厚大不小于壁厚（一般比壁

10、厚大5050100mm100mm）（0.40.4，0.450.45，0.50.5，0.55m0.55m）3、箱内隔墙布置、箱内隔墙布置 宜对称布置，宜对称布置，间距间距3 35m5m，内隔墙上部挖洞时，孔洞，内隔墙上部挖洞时，孔洞下边缘至箱底的距离不宜小于隔墙间距的下边缘至箱底的距离不宜小于隔墙间距的1.51.5倍倍4、隔墙厚度、隔墙厚度 隔墙间距的隔墙间距的1/251/251/201/20，厚度厚度200mm200mm。加强角宽度加强角宽度150-200mm150-200mm，以减少应力集中。，以减少应力集中。5、沉箱重量、沉箱重量（是否大于预制场预制能力）（是否大于预制场预制能力），干舷、

11、浮游，干舷、浮游稳定性计算稳定性计算 （列表计算、汇总）（列表计算、汇总）四、上部结构设计四、上部结构设计（一）胸墙断面设计（一）胸墙断面设计（现浇砼）（现浇砼）1、胸墙顶宽：、胸墙顶宽：胸墙常见胸墙常见L L型、梯形等几种形式。型、梯形等几种形式。顶顶宽宽0.8m0.8m（应可以放下系船柱，门机前轨、应可以放下系船柱，门机前轨、管沟，可设置系船柱块体）管沟，可设置系船柱块体）2、胸墙底宽：、胸墙底宽：由胸墙稳定性要求确定。根据经验由胸墙稳定性要求确定。根据经验1/21/2沉箱顶沉箱顶宽度。宽度。3、胸墙高度、胸墙高度胸墙顶标高胸墙底标高胸墙顶标高胸墙底标高（二）系船柱选择（二）系船柱选择一般

12、系船柱中心距离码头前沿一般系船柱中心距离码头前沿0.51.0m，一般，一般2030m等间距布等间距布置。置。1、风压力垂直于码头前沿的风压力垂直于码头前沿的横向横向分力分力F Fxwxw=73.6=73.61010-5-5A Axwxwv vx x2 21 12 2v vx x 设计风速（九级风，设计风速（九级风，v v22m/s22m/s）1 1 风压不均匀折减系数（风压不均匀折减系数（0.60.61.01.0），与轮廓尺寸有关），与轮廓尺寸有关;2 2 风压高度变化修正系数（风压高度变化修正系数（1.01.01.541.54），与船舶水面以上高度有关。），与船舶水面以上高度有关。（荷载规范

13、荷载规范附录附录E ）2、船体受风面积（、船体受风面积（Axw）查查荷载规范荷载规范附录附录H，根据船型、吨位，按，根据船型、吨位，按75%保证率选取。保证率选取。3、水流力、水流力（有掩护码头，有掩护码头，本设计可忽略）本设计可忽略）4、系缆力标准值、系缆力标准值 N Nx x=F=FxwxwK/nK/n n n同时受力的系船柱数目，与船长度有关，可查同时受力的系船柱数目，与船长度有关，可查荷载规范荷载规范表表 K K系船柱受力分布不均匀系数，系船柱受力分布不均匀系数，n=2n=2时，时，K=1.2K=1.2；n n2 2时，时，K=1.3K=1.3 系船缆的水平投影与码头前沿线的夹角（系船

14、缆的水平投影与码头前沿线的夹角（30）系船缆与水平面的夹角（系船缆与水平面的夹角（15）系缆力标准值，不得小于系缆力标准值，不得小于荷载规范荷载规范的规定值，对载重量的规定值，对载重量10000t10000t的船的船舶，系缆力标准值不得小于舶，系缆力标准值不得小于400kN400kN。（三）门机布置（三）门机布置跨距跨距10.5m10.5m，前轨到码头前沿，前轨到码头前沿2m2m，荷载图式，荷载图式:（四）铁路布置（四）铁路布置计算铁路荷载产生的土压力时，钢轨上的线荷载标准值按计算铁路荷载产生的土压力时，钢轨上的线荷载标准值按调车机车调车机车（125kN/m125kN/m）或干线机车（）或干线

15、机车（140kN/m140kN/m）。（五）护舷布置（五）护舷布置 满载排水量满载排水量 m m（荷载规范附录（荷载规范附录H H）有效撞击能量有效撞击能量 有效动能系数有效动能系数0.70.70.80.8m m 满载排水量（满载排水量（t t）V Vn n船舶靠岸法向速度（船舶靠岸法向速度（m/sm/s）查表，与排水量有）查表，与排水量有关，有掩护码头。关，有掩护码头。(10000t(10000t满载排水量满载排水量30000t)30000t)0.100.100.15m/s0.15m/s （由撞击能量）（由撞击能量）查橡胶护舷的力学性能曲线。可查橡胶护舷的力学性能曲线。可得变形（得变形（）和

16、反力（）和反力（t t），据此选取护舷型号），据此选取护舷型号。（选用反力低，吸收能量大的型号）（选用反力低，吸收能量大的型号）悬挂高程。悬挂高程。不同水位和吃水时，不同水位和吃水时，船体干舷部分接触护舷船体干舷部分接触护舷，兼顾小船，兼顾小船靠泊，则可偏低。靠泊，则可偏低。护舷间距（护舷间距（5 520m,520m,51010船长）：应满足船长）：应满足吸收全部撞击能量，同时船舶距码头前沿尚存吸收全部撞击能量，同时船舶距码头前沿尚存安全距离（可每个沉箱放一个）安全距离（可每个沉箱放一个）（六）管沟尺寸（六）管沟尺寸供水、电、供水、电、压缩空气、乙炔、氧气等（舾装码头）压缩空气、乙炔、氧气等（

17、舾装码头）（管沟底面高程，一般应高于平均高潮位）（管沟底面高程，一般应高于平均高潮位）小管沟，小管沟，0.40.40.6m0.6m大管沟，大管沟，1.01.01.2m1.2m（宽（宽高）高）六、其它六、其它（一）码头前沿（作业地带）宽度（一）码头前沿（作业地带）宽度2.0+10.5+1.5（二）抛填棱体（二）抛填棱体1010100Kg100Kg块石，块石，i i1 1：1 1 顶宽（顶宽（由土压力确定由土压力确定）（三）基床挖泥边坡（三）基床挖泥边坡 亚粘土亚粘土1 1：3 3，淤泥，淤泥1 1：5 5（四）变形缝（四）变形缝 1 1、沉箱安装缝：沉箱高度、沉箱安装缝：沉箱高度4 4，50mm

18、50mm 2 2、胸墙缝（沉降）、胸墙缝（沉降）1 12 2个沉箱一组，可个沉箱一组，可2cm2cm宽宽 第三节、码头各项稳定性验算第三节、码头各项稳定性验算稳定性验算目的：稳定性验算目的：确保港工结构功能和安全的要求。确保港工结构功能和安全的要求。极限状态：结构可靠和失效的界限。极限状态：结构可靠和失效的界限。（港工结构可靠度设计）：以概率理论为基础的（港工结构可靠度设计）：以概率理论为基础的极限状态设计方法。极限状态设计方法。31重力式码头的一般计算规定重力式码头的一般计算规定三种设计状况，两种极限状态：三种设计状况，两种极限状态：（1）持久状况：持久状况：在结构使用期按在结构使用期按承载

19、能力极限状态承载能力极限状态和和正常使用极限状正常使用极限状态态设计。设计。（2）短暂状况短暂状况的的承载能力极限状态设计承载能力极限状态设计（施工期或使用（施工期或使用初期）初期）（略）（略）（3）偶然状况偶然状况的的承载能力极限状态设计承载能力极限状态设计（地震）（地震）（略）（略）一、一、承载能力极限状态承载能力极限状态（保证结构的安全）（保证结构的安全）持久组合：持久组合：（1）对墙底面和墙身各水平缝及齿缝计算面前趾的抗倾稳定性；）对墙底面和墙身各水平缝及齿缝计算面前趾的抗倾稳定性；（本（本次设计内容）次设计内容）（2）沿墙底面和墙身各水平缝的抗滑稳定性；）沿墙底面和墙身各水平缝的抗滑

20、稳定性；（本次设计内容）（本次设计内容）（3）沿基床底面的抗滑稳定性；）沿基床底面的抗滑稳定性；（本次设计内容）（本次设计内容）（4）基床和地基承载力；）基床和地基承载力；（本次设计内容）（本次设计内容）（5）整体稳定性；）整体稳定性；（6）构件承载力。）构件承载力。二、二、正常使用极限状态正常使用极限状态（保证结构的功能）（保证结构的功能）长期效应组合：长期效应组合：（1）构件裂缝宽度）构件裂缝宽度（2）地基沉降等）地基沉降等本设计内容本设计内容（持久状况的两类极限状态设计）（持久状况的两类极限状态设计）水位：水位：极端高水位极端高水位（胸墙稳定性验算（胸墙稳定性验算）设计高水位设计高水位（

21、胸墙稳定性验算，码头抗倾抗滑稳定性验算（胸墙稳定性验算，码头抗倾抗滑稳定性验算）设计低水位设计低水位极端低水位极端低水位（码头基床和地基应力验算（码头基床和地基应力验算）3 32 2 作用组合作用组合作用分类：作用分类：（1）永久作用：）永久作用：结构自重（包含填料自重），固定水位的浮重度。结构自重（包含填料自重），固定水位的浮重度。永久永久作用引起的土压力（例如：由土自重引起的不变的土压作用引起的土压力（例如：由土自重引起的不变的土压力）力）（2）可变作用：）可变作用：堆货荷载堆货荷载（码头前沿和前方堆场的均布荷载）；起重机（码头前沿和前方堆场的均布荷载）；起重机械荷载；铁路荷载；可变作用引

22、起的土压力；械荷载；铁路荷载；可变作用引起的土压力；波浪力；（本次设计波高波浪力；（本次设计波高1m1m，不考虑），不考虑）系缆力等。系缆力等。（3）偶然作用：地震荷载等）偶然作用：地震荷载等（本次不考虑）（本次不考虑）组合原则：组合原则：最不利组合最不利组合：稳定力最小不稳定力最大。：稳定力最小不稳定力最大。对抗滑、抗倾稳定性：最大水平力最小竖向力对抗滑、抗倾稳定性：最大水平力最小竖向力对基床和地基承载力：最大水平力最大竖向力对基床和地基承载力：最大水平力最大竖向力一、胸墙稳定性验算（抗滑、抗倾）一、胸墙稳定性验算（抗滑、抗倾）持久组合一：持久组合一：自重系缆力堆货土压力自重系缆力堆货土压力

23、（土重和堆货引起）土重和堆货引起）水位：设计高水位水位：设计高水位 持久组合二：持久组合二：自重系缆力铁路土压力自重系缆力铁路土压力（土重和铁路荷载引起）土重和铁路荷载引起）水位：设计高水位水位：设计高水位 （门机前腿产生稳定力和稳定力矩，故不计门机荷载）（门机前腿产生稳定力和稳定力矩，故不计门机荷载）本次课程设计验算内容本次课程设计验算内容二、码头二、码头抗滑抗滑（沿基床顶面、底面）（沿基床顶面、底面）抗倾抗倾稳定性（绕沉箱前趾）验算。稳定性（绕沉箱前趾）验算。作用效应组合：作用效应组合：持久组合一：持久组合一：设计高水位，自重系缆力堆货土压力设计高水位，自重系缆力堆货土压力持久组合二：持久

24、组合二：设计高水位，自重系缆力门机铁路土压力设计高水位，自重系缆力门机铁路土压力门机：与胸墙情况不同，此时门机产生的不稳定力和力矩门机：与胸墙情况不同，此时门机产生的不稳定力和力矩 可以大于稳定力和力矩，所以要考虑。可以大于稳定力和力矩，所以要考虑。沿沿基床底面基床底面的抗滑稳定性验算的抗滑稳定性验算自重中计入自重中计入BDEE 基床的自重基床的自重力；力；计入基床被动土压力计入基床被动土压力(作用于作用于EE 面上）时，其标准值面上）时，其标准值乘以折减系数乘以折减系数0.30.3，分项系，分项系数取数取1.0)1.0)基床厚度较薄或墙前土层软弱基床厚度较薄或墙前土层软弱时可不考虑这部分时可

25、不考虑这部分被动土被动土压力压力另需注意：另需注意：各种作用换算成单位长度（各种作用换算成单位长度（m m）断面上的作用值。）断面上的作用值。系缆力，门机、铁路都要换算。系缆力，门机、铁路都要换算。为达到倾覆力矩或水平力最大，堆货荷载应布设在计算为达到倾覆力矩或水平力最大，堆货荷载应布设在计算面之后。面之后。土压力计算，土压力计算，胸墙可采用朗金理论，不计向下分力（除胸墙可采用朗金理论，不计向下分力（除非采用梯形胸墙，码头稳定应用库仑理论，朗金理论得非采用梯形胸墙，码头稳定应用库仑理论，朗金理论得出的稳定力矩偏大。）出的稳定力矩偏大。）门机和铁路换算成均布荷载，可直接布设在码头面上，门机和铁路

26、换算成均布荷载，可直接布设在码头面上，（偏于安全）（偏于安全）。要考虑同时作用在一个沉箱上的多台门机产生的荷载。要考虑同时作用在一个沉箱上的多台门机产生的荷载。三、基床承载力验算三、基床承载力验算 0 0 max max R R 0 0结构重要性系数结构重要性系数 基床顶面最大应力分项系数，可取基床顶面最大应力分项系数，可取1.01.0 max max 基床顶面最大应力标准值（基床顶面最大应力标准值（KPaKPa）基床承载力设计值，可取基床承载力设计值，可取600 KPa600 KPa作用效应组合：作用效应组合：H HmaxmaxV Vmaxmax(水平力越大，合力越大，越靠近前趾水平力越大，

27、合力越大，越靠近前趾)水位低时，自重增大，因此，水位取极端低水位。水位低时，自重增大，因此，水位取极端低水位。极端低水位：极端低水位：H Hmaxmax：土压力：土压力 V Vmaxmax：门机铁路自重：门机铁路自重 或堆货（满布码头面）自重或堆货（满布码头面）自重（非岩石地基，（非岩石地基，不宜小于墙底宽度不宜小于墙底宽度 B B 的的1/41/4）偏心距：偏心距：合力作用点与墙身前趾距离：合力作用点与墙身前趾距离：B/3B/3时：时：B/3B/3时：时：V Vk k：作用在基床顶面的竖向合力标准值（：作用在基床顶面的竖向合力标准值（kN/mkN/m）M MR R:竖向合力标准值对墙底面前趾

28、的稳定力矩（竖向合力标准值对墙底面前趾的稳定力矩（kN.m/mkN.m/m）M Mo o:倾覆力标准值对墙底面前趾的倾覆力矩（倾覆力标准值对墙底面前趾的倾覆力矩（kN.m/mkN.m/m）四、地基承载力验算四、地基承载力验算基床底面的计算宽度：基床底面的计算宽度：B Be e=B B1 1+2+2d d1 1B B1 1 墙身底面的实际受压宽度墙身底面的实际受压宽度d d1 1 抛石基床厚度抛石基床厚度基床底面最大、最小应力标准值和合力标准值作用点偏心距：基床底面最大、最小应力标准值和合力标准值作用点偏心距：港口工程地基规范港口工程地基规范：不计波浪力的建筑物，持久状况宜取：不计波浪力的建筑物，持久状况宜取极端低水位极端低水位，短暂，短暂状况宜取设计低水位状况宜取设计低水位地基承载力应按以下极限状态表达式验算：地基承载力应按以下极限状态表达式验算：地基承载力的竖向合力标准值计算：地基承载力的竖向合力标准值计算：参考资料：参考资料：o海港总平面设计规范海港总平面设计规范o重力式码头设计与施工规范重力式码头设计与施工规范o港口工程荷载规范港口工程荷载规范o港口水工建筑物港口水工建筑物o港口规划与平面布置港口规划与平面布置五、五、沉箱吃水和浮游稳定性验算沉箱吃水和浮游稳定性验算