港口航道与海岸工程专业毕业设计.doc

大连理工大学本科毕业设计丹东市大东港区2#通用散杂货泊位码头工程目录摘要3前言5第一章.设计资料61.1地理位置61.2地质勘察资料61.3水文资料61. 4气象资料101.5荷载111.6施工条件111.7设计船型121.8附表及附图12第二章.船舶荷载计算132.1作用于船舶上的计算风压力132.2系缆力142.3挤靠力142.4撞击力15第三章.地震惯性力的计算16第四章.面板设计184.1设计条件184.2计算原则194. 3计算跨度194. 4作用204.5作用效应分析214.6板的配筋计算284.7抗裂验算29第五章.纵梁计算315.1设计原则315.2计算跨度315.3纵梁的内力计算315.4作用效应组合415.5纵梁的配筋及抗裂验算43第六章.横向排架计算476.1荷载计算结果476.2基本数据486.3各种单位力作用下的内力计算506.4实际荷载作用下的内力计算结果656.5荷载效应组合696.6横梁配筋及抗裂验算74第七章.桩的计算787.1设计条件787.2配筋计算787.3桩的正截面承载力验算797.4桩的吊运817.5打桩时混凝土抗拉强度计算837.6抗裂验算84第八章.靠船构件的设计868.1设计条件868.2内力计算868.3配筋计算868.4裂缝验算87第九章.整体稳定性验算88第十章.结论91外文翻译92摘要 本次毕业设计的题目是丹东市大东港区2#通用散杂货泊位码头工程。 设计内容主要包括水文资料的分析，码头断面设计，码头结构计算，各构件的配筋及整体的稳定性验算。 根据所给资料，计算设计高低水位，确定码头前沿高程，绘制码头断面图。根距所给船舶资料进行船舶荷载的计算，确定护舷的类型。面板的设计中主要包括面板的单双向确定，施工期按简支板计算，使用期用按连续板计算，板的吊运计算。纵梁按五跨连续梁计算，主要荷载来自门机，利用影响线的方法，将门机荷载的作用情况组合在一起，确定最不利的情况，进行配筋及验算。横梁的计算是本次设计的重点及难点，利用三弯矩方程对不同工况下的荷载作用情况做计算，用最不利情况下的荷载值进行配筋计算。桩的计算主要包括预应力配筋计算，考虑各种损失情况。整体稳定性的验算中运用了瑞典条分法，最终计算各项都符合结构的安全要求。最后是对结构设计进行优化，后通过设计说明书、设计计算书、平面图、结构图、施工图、配筋图完成本次的毕业设计。关键字：髙桩码头、结构计算、最不利组合Abstract The topic of graduation design is Dandong Dadong port 2# general bulk cargo berth wharf engineering. Analysis of the design mainly content includes hydrological data, pier section design, structure calculation, the reinforcement and the overall stability checking. According to the data, calculation of design water level elevation, determine the quay wharf, drawing section map. Calculation of the distance to the ship to ship loading data to determine the type of the root, fender. Panel design mainly includes the single and double panel determined, the construction period is calculated by simply supported plate, by continuous slab is calculated using period, lifting calculation sheet. Longitudinal beam is calculated for five span continuous beam, the main loads from the door machine, using influence line method, the load effect combination together, identify the most adverse conditions, reinforcement and checking. Beam calculation is the key and difficult point of the design, using three bending moment equation of loads of different conditions to do the calculation, reinforcement with the most disadvantageous load case value. The calculation of pile mainly includes the calculation of prestressed reinforcement, considering all kinds of losses. The overall stability calculation is used for the Swedish slice method, the final calculation of all meet the requirement of safety structure. The last is to optimize the structure design, the design specification, design calculation, layout, structure, construction drawing, reinforcement plans to complete the graduation design.Keywords: high pile wharf, structure calculation, the most unfavorable combination前言本次毕业设计的题目是丹东市大东港区2#通用散杂货泊位码头工程。首先，根据设计任务书所给资料进行原始资料的分析，考虑到地基淤泥层较厚情况，决定采用高桩码头结构，设计船型为35000T级。其次进行的是风资料的推算，绘制风向频率玫瑰图和最大风速玫瑰图，再根据所给潮汐资料来计算码头前沿的设计高低水位，最终确定码头的顶和底高程，完成码头断面图的初步绘制。设计重点是码头的结构计算，面板的设计中，考虑堆货荷载和汽车荷载的作用，计算最不利情况下的荷载情况，最后进行承载极限能力和正常 使用状态的效应组合，进行面板的配筋和抗裂验算。纵梁的设计中，既要考虑面板传到纵梁上的力，还要考虑门机和堆货荷载，其中门机荷载的计算中应用到影响线的计算方法，确定门机荷载的最不利位置，最后同样进行最不利情况下的配筋及验算。横向排架是设计的难点，同时考虑单位力作用下的八种工况下的系数，最后根据实际所受荷载情况进行叠加，根据支座弯矩来计算跨中弯矩，计算中利用到三弯矩方程，最后根据支座剪力来确定桩受力的大小。接下来进行了，预应力桩的配筋，靠船构件的计算，整体稳定性的验算等。设计中主要查阅了高桩码头设计与施工规范港口工程荷载规范水工钢筋混凝土结构学等规范及书籍，在这里向编者们致以最诚挚的谢意！第一章.设计资料根据国家和地区经济发展以及当地海岸功能规划，通过工程可行性研究报告，进行了技术和经济的论证，在此基础上提出设计任务书如下： 工程名：丹东港大东港区2通用散杂货泊位码头工程1.1地理位置本港位于东港市南部，鸭绿江西水道入海口西岸，地理坐标东经124度o9分，北纬39度48分。1.2地质勘察资料根据地质勘察报告所提供的有关内容如下：（一） 地震烈度： 7度（二） 地下水位： 地面下2.5米（三） 岩、土的物理力学指标，见附表（岩土物理力学指标）1.3水文资料（一）潮汐：本地区有完整一年的潮位观测资料，见潮位表，表中潮位值得基准点以当地理论深度基准面为准。（二）潮流:潮流型式为往复流，涨潮流的方向为N-NNE，最大涨潮流流速为1.45m/s;涨潮流方向为S-SSE，最大落潮流流速为1.78m/s. (三)波浪情况一 本港区附近有波浪观测站，根据实测波浪资料分析，S、SSE向为主要来波方向，历年波高经统计分析推算结果： 50年一遇设计波要素 波向 波要素 水深S SSEH1 ( S ) H4( S )T（m）H1( S )H4( S )T（m）30m7.45.27.77.04.97.710m3.73.27.73.73.27.7 3.5m2.72.37.72.32.07.72m1.91.77.71.81.67.7情况二 本港附近没有波浪观测站，但附近有气象站，并没有多年的风资料，各向历年最大风速见附表。气象站风速仪高度为 米，表中风速值得时距为每分钟平均风速（主要来波向见情况一）冰况：一般冰厚5-15cm，最厚30cm,对码头作业无影响。泥沙运动情况：无明显泥沙运动。 高潮累计频率表 间隔12345 6789101112次数累计次数mmn100%潮位（m） 12 3 4 5720-701124323217172.407.0700-68133651242228456.366.8680-66123324554327408512.026.6660-641255145828665213719.386.4.640-62123574175106245619327.306.2620-6016365346486435825135.506.0600-581512357751288617933046.685.8580-56166105794564737240256.865.6560-541116889710657458648869.025.4540-52156458762257147155979.075.2520-5017265454324665461386.705.0500-4816222423523744265592.654.8480-46153222144353168697.034.6460-441333421570199.154.4440-42133670799.994.2次数615460586058606058605860707 间隔12345 6789101112次数累计次数mmn100%潮位（m） 12 3 4 5260-2412321881.132.4240-22122131110182.552.2220-20122442145972244628.772.0200-1812243565715314410614.991.8180-16145710557665737017624.891.6160-1415544986544866824434.511.4140-121935610914878779333747.671.2120-101756810146111299910644362.661.0100-81867688847107119053378.220.880-611213952354136127560886.000.660-4144346442554164991.800.440-2154341157433768697.030.220-0125641770399.430.000-(-19)22470799.99次数605660586058596058605860707低潮累计频率表经推算可得：设计高水位取6.64m 设计低水位取0.46m. 极端高水位取7.44m极端低水位取-0.34m1. 4气象资料（一）降水：每年平均降水量875.4毫米，每年降水天数60天，雨季为6-8月。（二）雾：本地区7月为雾季，每年雾日为31天，连续雾日最长为3天。（三）风：气象站位置、风向仪表的高度同前，根据多年观测资料统计如下：方向NNNENEENEEESESESSESSSWSWWSWWWNWNWNNW静止最大风速m/s1718131191718211615201315122020风向频率（%）10.826.238.984.824.542.746.827.418.994.756.013.383.582.907.548.142.351.5荷载 码头前沿均布荷载为30KN/，集中荷载按所采用门机或轮胎吊计算，火车荷载按“中荷载”计算，汽车荷载按-10计算。1.6施工条件 有固定预制厂，可预制预应力梁、板、桩，200t起重船，可打40m长桩，打桩船吃水4.0m。1.7设计船型船型DWT（t）全长（m）型宽（m） 型深（m）船吃水（m）杆弦（m）350001902614.610.81.8附表及附图岩土名称层顶高度（m）层低高程(m)W(%)e（度）C（kPa）f(KN/m)（KN/m）(KN/m)灰色淤泥原泥面1.0-7.53.91.051810181890淤泥亚粘土-7.5-11.628.911918291990.8灰色亚粘土-11.6-15.7300.918122018100淤泥质亚粘土-15.7-18.3320.8520184219110淤泥混细沙-18.3-24.1350.8923204418140砾沙-24.1-28.53207018200第二章.船舶荷载计算船舶荷载计算，遵照港口工程荷载规范（JTJ215-98）中的有关规定进行计算。2.1作用于船舶上的计算风压力作用在船舶上的计算风压力的垂直于码头前沿线的横向分力和平行于码头前沿线的纵向分力宜按下列公式计算： =73.6 =49.0式中 ，-分别为作用在船舶上的计算风压力的横向和纵向分力（KN）; -分别为船体水面以上横向和纵向受风面积（）; -分别为设计风速的横向和纵向风量（m/s） 风压不均匀折减系数。船舶水面以上受风面积A可根据设计船型和船舶的装载情况按下列规定确定。货船的受风面积按下列公式计算：满载时 log=-0.036+0.742logDW log=-0.107+0.621logDW半载或压载时 log=0.283+0.727logDW log=0.019+0.628logDW式中 DW船舶载重量（t）根据以上公式，计算如下：Log=3.586 =3859mlog=2.872 =746m 分别为设计风速的横向和纵向分量，船舶在超过九级风（最大风速V=22m/s）时离码头到锚地避风，所以控制风速=22m/s船舶在水面以上的最大轮廓尺寸：B=26m L=190m 查表10.2.3得 =0.7 =1.0故 =73.6385922220.7=962.2（KN） =49.074622221.0=176.9（KN）2.2系缆力 N=+式中：K=1.3； n=4；=30； =15。情况一：=22m/s =0 =962.2(KN) =0(KN) N=+0=647.49（KN）情况二：=0m/s =22m/s =0(KN) =176.9(KN) N=0+=68.7（KN）根据“荷载规范”10.4.5条规定：取船舶系缆力标准值为650KN。系缆力标准值N的横向投影,纵向投影,竖向投影： =650=313.93（KN） =650=543.74（KN） =650=168.23（KN）2.3挤靠力护舷间距7m，与船接触的橡胶护舷共20组。 =62.54（KN）2.4撞击力1） 船舶靠岸时的撞击力：船舶靠岸时的有效撞击能量：=M式中：=0.75；=0.1m/s. 满载排水量：logf=0.177+0.991logDW =0.177+0.991log35000 =4.68 f=47881t M=f=47881t =179.5(KJ)护舷选用超级鼓型橡胶护舷，标号SC-1000标准反力型RO, 最大压缩变形52.5%，吸能量195(KJ),反力445KN。第三章.地震惯性力的计算对于梁板式、无梁板式、桁架式和实体蹲式高桩码头，可按单质点考虑，其水平向总的地震惯性力标准值宜按下列公式计算：=CW W=+式中作用在上部结构重心的水平向总地震惯性力标准值（KN）； C-综合影响系数，取0.30对于接岸的窄桩台码头，视岸坡土质适当提高，但不超过0.50； -水平向地震系数，按水运工程抗震设计规范表5.1.4采用； -动力放大系数，按相应计算方向的建筑物自振周期和场地类别查设计反应谱（见水运工程抗震设计规范图5.1.4）求得，建筑物自振周期按水运工程抗震设计规范附录A确定； W-换算质点总重力标准值（KN）； -建筑物的梁板、桁架、盖板、跨桥等及固定设备重力标准值（KN）； -建筑物上的荷载中立标准值（KN）； -嵌固点以上的桩身中立标准值，嵌固点位置按有关规定确定（KN）； -桩身重力折减系数，当桩顶和上部结构为固结时取0.37；铰接时取0.24.自振周期可按以下单质点公式计算： T=2式中 T-计算方向码头自振周期（S）; W-换算质点总重力标准值（N）； g-重力加速度（m/s）； -单位水平力作用于上部结构重心处，在该处引起的水平位移（m/N）.=K=+C=(115-145)式中：K-桩的轴向反力系数（m/KN）; L、-分别为桩全长和桩自由长度（m） 、-分别为桩材料弹性模量（KPa）和桩身截面面积（m） C-桩入土部分的单位沉降所需轴向力（KN/m）； -单桩垂直极限承载力标准值（KN）。第四章.面板设计4.1设计条件1.永久作用：面板自重2.可变作用： （1）.码头前沿均布荷载30KN/m （2）集中荷载： 汽车-10荷载 前轴重力标准值：30KN 后轴重力标准值：70KN 前轮着地面积：0.25m0.20m 后轮着地面积：0.50m0.20m车辆外型尺寸（长宽）：7.5m2.5m （3）施工荷载：自取3.0KN3.材料指标：混凝土25KN/m4.2计算原则1）施工期：预制面板安装在横梁上，按简支板计算2）使用期：面板与纵梁、横梁整体连接，为连续板，板的内力计算，首先按照单向板计算。4. 3计算跨度板型弯矩计算切力计算符号意义简支板=+h且+e =-计算跨度（m）-净跨度（m）l-梁的中心距（m）-梁的上翼缘宽度（m）e-板的搁置长度（m）h-板厚（m）连续板0.1l时=l0.1l时=1.11） 施工期预制板的计算：（简支板）排架间距7m，板的搁置长度0.2 m弯矩计算：=+h=6.2+0.5=6.7m =+e=6.2+0.2=6.4m取=6.4m切力计算：=6.2m2） 使用期预制板的计算：（连续板）短边方向：=0.80m0.1l=0.35m：=1.1=1.12.7=2.97m长边方向：0.1l=0.7m：=1.1=1.16.2=6.82m剪力计算跨度：长边方向=6.2m 短边方向=2.7m4. 4作用1）永久作用：结构自重：现浇面层：=24KN/m h=0.1m 预制面板：=25KN/m h=0.5m2)可变作用（1）短暂状况可变作用:施工荷载：3KPa预制板吊运：预制板尺寸：=3.1m =6.6m预制板为四点吊运，吊点位置如图：吊运动力系数取=1.3.（2）持久状况可变作用：码头前沿均布荷载：30KPa汽车荷载（汽-10）4.5作用效应分析 荷载标准值作用下的内力计算：1） 短暂状况（施工期）：按简支板计算。（1） 永久作用产生的内力：板自重：=0.525=12.5KPa跨中最大的弯矩：=12.56.68=68.06（KNm） 支座处最大剪力：=12.56.2/2=38.78KN。（2） 可变作用： 施工荷载：=3kPa弯矩计算:=l/8=36.6/8=16.33（KNm） 支座处最大剪力：=36.2/2=9.6KN预制板吊运：计算时略去吊点至边缘的自重，近似的按承受均布荷载的四点支撑计算。按建筑结构静力计算手册四点支撑计算：钢筋混凝土：=计算跨度：=2.7m =5.4m面板单宽线荷载为：1.3250.5=16.25KN/m/=0.50查建筑结构静力计算手册表4-26计算得：=0.018916.252.7=2.24 KNm=0.122116.252.7=14.46KNm=0.059216.252.7=-7.01KNm=0.130416.252.7=-15.45KNm2).持久状况（使用期）：按连续板计算l/b=6.6/3.12 故按单向板计算。（1） 计算跨度的确定：因为该板为单向板，故弯矩计算跨度取短边方向计算：0.1l=0.35m：=1.1=1.12.7=2.97m剪力计算跨度:=2.7m(2)内力计算堆货荷载q=30KPa跨中最大弯矩：=302.97/8=33.08 KNm支座最大剪力：=302.7/2=40.5KN汽车集中荷载 .弯矩计算：（荷载作用在平行板跨方向弯矩最大）由高桩码头设计与施工规范(JTJ291-98)4.1.5.1规定：如图一所示，平行板跨方向时，后轮行驶在板中间的弯矩：单个集中荷载：式中 -集中荷载在平行板跨方向的传递宽度。 -集中荷载在平行板跨方向的接触宽度。 -垫层厚度（m）。注.多个集中荷载传递宽度不交叉时，按单个集中荷载计算。=0.2+20.1=0.4m由高桩码头设计与施工规范(JTJ291-98)4.1.6.1规定：平行板跨方向的弯矩计算宽度可按下式计算： =式中 -平行板跨方向的弯矩计算宽度（m） -集中荷载在平行板跨方向的传递宽度（m）。故 =0.4m由高桩码头设计与施工规范(JTJ291-98)4.1.6.2规定：垂直板跨度方向的弯矩计算宽度可按下式计算：1）中置荷载（荷载接触面积中心位于1/2板宽至y0.5）的弯矩计算宽度:(图三)式中 -垂直板跨方向的弯矩计算宽度（m）。当时，取.=B -与板的宽度比有关的系数；当2.5时，取=2.5； -板宽（m）； -荷载接触面积中心至支座边的距离（m）； -板的弯矩计算跨度（m）； -集中荷载在垂直板跨方向的传递宽度（m）； -板厚（m）； -荷载接触面积中心至自由边的传递距离（m）。根据以上公式，将数据带入公式：0.76=+0.5+0.5=3.05mB=6.6m取=3.05m由荷载规范得 =68.85KN/m 跨中最大弯矩：M=68.850.41.35-0.4=17.21KNm.剪力计算.（荷载作用在垂直板跨方向剪力最大）由高桩码头设计与施工规范(JTJ291-98)4.1.7.2规定：按偏置荷载（荷载位于自由边附近，且0.3+1.8）的剪力计算宽度： =+1.8+0.3式中 荷载位于板的自由边附近时，垂直板跨方向的剪力计算宽度（m）； 垂直板跨方向的荷载传递宽度（m）； 板的有效高度（m）； 荷载接触面积边缘至板边的距离（m）； 荷载接触面积中心至支座边缘的距离（m）。=0.2+20.1=0.4mm0.25m =0.65m1.375m1.495m由荷载规范 =1.2=1.2=43.63KN/m =1.2=1.2=40.13KN/m支座处最大剪力：Q=51.46KN1计算结果汇总表如下：作用跨中弯矩M支座剪力Q永久作用自重68.06-38.78 可变作用短暂状况施工荷载16.33-9.60吊运内力14.46持久状况堆货荷载33.08-40.50汽车荷载17.21-51.46 （注：弯矩单位KNm 剪力单位KN）（3）作用效应组合1） 载能力极限状态的作用效应组合 持久组合. =）式中 结构重要性系数，本码头结构安全等级采用二级，=1.0； 永久作用分项系数，对于永久荷载取1.2； 主导可变作用分项系数，按港口工程荷载规范（JTJ215-98）3.3.5条取值，取=1.5 =1.0（1.268.06+1.533.08）=131.29KNm. .短暂组合式中 取1.2 取1.3连续板的跨中最大弯矩组合： =1.268.06+1.333.08=124.67KNm连续板的跨中最小弯矩组合： = 1.268.06+1.3 16.33=102.9KNm2）正常使用极限状态 .持久状况的短期效应（频遇）组合： =+式中 =0.8连续板的跨中弯矩：=68.06+0.833.08=94.52KNm.持久状况的长期效应（准永久）组合： =+ 式中 =0.6连续板的跨中弯矩：=68.06+0.633.08=87.9 KNm。4.6板的配筋计算1）根据板的受力情况，每米板宽受的最大弯矩设计值： /m由以上设计可知，板的宽度b=6600mm.板厚D=500mm环境类别为二类，c=25mm故混凝土保护层厚度取：a=c+10=35mm因该结构安全等级为级，故查水工钢筋混凝结构学表2-7可得：结构安全系数K=1.2面板选用C25标号的混凝土轴心抗压强度钢筋选用HRB335 有效高度按SL191-2008规范计算：=0.0612=0.06320.85,满足要求。 1165.7mm 查水工钢筋混凝结构学附录3表1，选用6 16，实际（1206mm）2）吊环尺寸单个吊环钢筋截面面积计算公式：式中：构件的总重力设计值（N）； I级钢筋的抗拉强度设计值（KPa）；取210N/ 吊环数，设有四个吊环时，按三个受力计算。则F=6.63.10.525=255750 N选 1 25（=490.9mm）,锚固长度1000mm。4.7抗裂验算根据水工混凝土结构设计规范（SL-191-2008）规定，配置带肋钢筋的矩形受弯钢筋混凝土构件，在荷载效应组合下的最大裂缝宽度可按下式计算式中：考虑构件受力特征和荷载长期作用的综合影响系数，对受弯构件取=2.1：纵向受拉钢筋的有效配筋率， ，:钢筋断面中点到截面边缘的距离：钢筋弹性模量，取:按荷载标准值计算的构件纵向受拉钢筋应力， 跨中=68.06+33.08=101.14KNm =0.0140.03,取0.03 因此=二类环境类别，最大裂缝宽度限值，查表水工钢筋混凝土附录5表1，=0.30mm，所以裂缝宽度满足要求。第五章.纵梁计算5.1设计原则