港口与水工建筑物课程设计--方块码头设计计算书.docx

港口与水工建筑物课程设计方块码头设计计算书班级：A13姓名：学号：055目 录第一篇 设计任务书31设计资料31.1码头设计用途及等级31.1.1潮位31.1.2地形地质条件31.1.3波浪41.1.4气象条件41.1.5地震资料41.2材料指标41.3使用荷载41.3.1 堆货荷载41.3.2 门机、铁路荷载41.3.3船舶系缆力41.3.4汽车荷载及其它起重设备机械51.4船型5第二篇 设计计算书61尺寸的确定71.1泊位长度71.2 泊位宽度71.3码头顶高程71.4码头前沿水底高程71.5码头立面方块宽度71.6尺缝宽度71.7系船柱间隔71.8变形缝间距72作用的分类及计算82.1结构自重力82.1.1极端高水位情况92.1.2设计高水位情况112.1.3设计低水位情况132.2土压力标准值计算152.2.1墙后块石棱体产生的土压力标准值(永久作用)192.2.2码头面堆货荷载212.2.3门机和铁路荷载产生的土压力232.3船舶荷载(可变作用)242.3.1系缆力252.3.2撞击力、挤靠力263.0 波浪力.273.1码头稳定性验算343.1持久状况363.1.1作用效应组合373.1.2承载能力极限状态设计表达式423.2短暂状况463.3偶然状况484基床和地基承载力验算494.1基床顶面应力计算504.1.1持久状况504.1.2短暂状况504.1.3偶然状况504.1.4结果504.2地基承载力验算504.2.1计算数据504.2.2承载力计算505卸荷块体承载力计算525.1作用的标准值计算（以单宽m计）535.2作用效应545.3参考文献55港口水工建筑物课程设计任务书方块式码头一、设计条件在某海岸拟建一座万吨级的商品汽车滚装码头，有关设计条件和资料如下：（一）设计船型设计船型的船舶资料见表1。表1 船舶资料船型船长(m)船宽(m)型深(m)B144.019.411.2（二）结构安全等级结构安全等级为二级。（三）自然条件1设计水位设计高水位：4.13m设计低水位：0.36m极端高水位：5.23m极端低水位：-1.34m施工水位： 2.0m2波浪要素50年一遇，H1%波浪高值为：设计高水位：H1%=1.665m，T=6.3s设计低水位：H1%=1.665m，T=6.3s极端高水位：H1%=1.665m，T=6.3s3地质资料土层分布及物理力学指标见表2和表3。表2 地质指标名称分布标高（m）重度标准值（kN/m3）固块备注()C(kPa)淤泥质粘土原泥面-2.6 -4.818.0154中粗砂-4.8 -9.018.0340粘土-9.0 -14.618.92745粉质粘土1-14.6 -18.219.031736粉质粘土2-18.2以下18.82238表3 e-p曲线表p(kPa)050100200400600e粘土0.8240.8190.8100.8010.7900.778粉质粘土10.7450.7390.7280.7200.7120.700粉质粘土20.8740.8630.8500.8420.8320.8204地震基本烈度为7度（四）码头面荷载堆存荷载：当用于构件计算时：q=40kPa当用于整体计算时：q=30kPa门机荷载、铁路荷载按港口工程荷载规范JTJ21598附录C的Mh425设计。（以等代均布荷载代替，取q=30kpa按干线机车计算。船舶系缆力=0.55KN/m2 按普通系缆力计算汽车荷载、其它起重设备机械。汽车荷载及其它起重设备机械不计。（五）材料指标材料指标见表4表4 材料指标材料名称重度（kN/m3）内摩擦角()水上水下饱路面混凝土C302313钢筋混凝土卸荷块体C3024.514.5混凝土方块C252313混凝土胸墙C302313墙后回填10100kg块石棱体18112145（六）现已进行码头结构断面初步设计，码头面顶高程拟为5.5m，码头前沿水深为-9.00m。初步拟定方案参见如图所示（其中设计水位均已改变，G1、G2、G3、G4、G5高度依次改为3000、2500、3000、3000、3000，其余尺寸可参见下图，若有不妥之处可适当改动）。（七）课程设计目的、内容和要求：1目的：训练用所学有关知识及有规范进行港口水工建筑物设计验算或计算的能力。2内容：对初步拟定的码头结构断面方案进行计验算或计算，内容包括： （1）作用的分类及计算； （2）码头稳定性验算； （3）基床和地基承载力验算； （4）整体稳定性验算； （5）卸荷块体承载力验算； （6）地基沉降计算。3要求： （1）格式按所发算例； （2）所有计算给出计算公式、算式。注：该组的五位组员的卸荷板的外伸臂长度依次为2500与1250.前墙趾宽度1500第二篇 设计计算书1. 码头主要尺寸确定1.1 泊位长度 按单泊位计算当Lt+Ljd时，其泊位长度按下式计算：Lb=L+Lt+Lj+d式中：Lt船跳板在顺岸码头方向上的投影长度（m）； Lj接岸设施长度（m），根据港址水位差、接岸设施的类型和车辆的 转弯半径等确定。当Lt+Ljd时即泊位长度（Lb）=船长（L）+2富余长度（d）。设计采用艉斜跳板式布置泊位，如图一，且满足Lt+Ljd根据船长L =144.0m ，按规范富余长度d 取15m ,所以L = 144.0+215=174m。 富余长度d设计船长（m）230富余值d（m）581012151820222530图一：艉斜跳板式1.2 泊位宽度 码头前沿停泊水位宽度B 不小于2 倍船宽，取B =40m。1.3 码头前沿高程 按海港总平面设计规范（JTJ211-99） 基本标准: 码头前沿标高 = 设计高水位+ 超高即： H =4.13+1.01.5=5.135.63m ，本码头有掩护，考虑预留沉降量，并充 分考虑后方已形成的陆地、铁路、道路的高程，可取为H=5.5m。1.4 码头前沿底高程 根据海港总平面设计规范（JTJ211-99）码头前沿水深D=T+Z1+Z2+Z3+Z4 码头前沿底高程 = 设计低水位D 表2-1-1 码头前沿水深计算船型10000吨商品汽车滚装船设计船型满载吃水T8.7龙骨下最小富裕水深Z10.2波浪富裕深度Z20配载不均匀增加值Z30.15备淤富裕深度Z40.4码头前沿水深计算值D9.45设计低水位0.45码头前沿底高程设计值-9.001.5 码头立面方块宽度 取宽度为5000mm。1.6尺缝宽度 尺缝宽度取20mm。1.7系船柱间隔 系船柱间隔取25m。1.8变形缝间隔变形缝间距取25m，设在两个系船柱中央线上。2.作用的分类及计算 2.1 结构自重力（永久作用）自重力的的计算图式见码头断面图，如图二：表4 材料指标材料名称重度（kN/m3）内摩擦角()水上水下饱路面混凝土C302313钢筋混凝土卸荷块体C3024.514.5混凝土方块C252313混凝土胸墙C302313墙后回填10100kg块石棱体181121452.1.1 极端高水位情况自重力：计算见表2-2-1 （以单宽m 计）力臂：计算见表 2-2-2稳定力矩：M Gi =Gi di ，计算结果见表 2-2-3.表 2-2-1 自重力计算结果 （KN）层号第一层第二层第三层第四层第五层Gi121.7418.1161.2171.6205.725本层以上Gi121.7539.8701872.61078.325第一层G1自重力计算：0.27*1*23+0.03*1*13+1.7*1*11+1*1*13+2*2.73*13+2*0.27*23=121.7KN第二层G2自重力计算：G2=14.5*（2.5*7.5-0.5*0.5/2-（4+3）*1.25/2）+（4+3）*1.25/2+（3-0.3）*4.5）*11+4.5*0.03*13+4.5*0.27*23=418.1KN第三层G3自重力计算：G3=(4.5*3-2.2*0.1/2)*13=161.2KN第四层G4自重力计算：G4=3*4.4*13=171.6KN第五层G5自重力计算：G5=（5.9*3-1.5*2.5*0.5）*13=205.725KN表 2-2-2 力臂di 计算（m）GiG1G2G3G4G5第一层1.47第二层0.973.792第三层0.973.7922.23第四层0.973.7922.232.2第五层2.475.2923.733.73.24第一层G1力臂d1计算：d1=（0.27*1*23+0.03*1*13+1.7*1*11+1*1*13）*2.5+（2*2.73*13+2*0.27*23）*1）/121.7=1.47m第二层G2力臂d2计算：（0.5*2/3*0.125+0.25*1）/（0.125+1）=0.259m（1/3+3.5）*0.625+2*3.75）/（0.625+3.75）=2.262m7/2+0.5=4m钢筋混凝土卸荷块体力臂d21=（4*8.75+2.262*4.375+0.259*1.125）/（1.125+4.375+8.75）=3.171m A21=（8.75+4.375+1.125）*14.5=206.6252.7*1.5=4.05 3+0.75=3.75 m 3*（1.25+2.7）=11.85 4.5+1.5=6m0.5*1*1.25=0.625 3.5+2/3=4.167m墙后回填10100kg块石棱体力臂d22=（4.05*3.75+11.85*6+0.625*4.167）/（4.05+11.85+0.625）=5.379m A22=（4.05+11.85+0.625）*11=186.725路面混凝土力臂d23=3+4.5/2=5.25m A23=0.27*4.5*23+0.03*4.5*13=29.7d2=（d21*A21+d22*A22+d33*A23）/（A21+A22+A23）-0.5=3.792m第三层G3力臂计算：4.4*3=13.2 4.4/2=2.2 0.1*0.8=0.08 4.4+0.1/2=4.450.1*2.2/2=0.11 4.4+1/3*0.1=4.433d3=（13.2*2.2+0.08*4.45+0.11*4.433）/（13.2+0.08+0.11）=2.23m第四层G4力臂计算d4=4.4/2=2.2m第五层G5力臂计算：0.5*1.5=0.75 1.5/2=0.751.5*2.5/2=1.875 2/3*1.5=14.4*3=13.2 1.5+4.4/2=3.7d5=（0.75*0.75+1.875*1+13.2*3.7）/（0.75+1.875+13.2）=3.24m表 2-2-3 力矩 MGi 计算结果 （KNm）GiG1G2G3G4G5G每层第一层178.899178.899第二层118.0491585.43521703.4842第三层118.0491585.4352359.4762062.9602第四层118.0491585.4352359.476377.522440.4802第五层300.5992212.5852601.276634.92666.5494415.92922.1.2 设计高水位情况自重力：计算见表2.2.4。力臂： 计算见表2.2.5.稳定力矩：MGi=Gidi,计算结果见表2.2.6. 表 2.2.4 自重力计算结果（KN）层号第一层第二层第三层第四层第五层Gi151.49452.855161.2171.6205.725本层以上Gi151.49604.345765.545937.1451142.87第一层在与极端高水位状态下相比自重力增加：1.1*2*（23-13）+0.03*1*（23-13）+1.07*（18-11）=29.79KN所以G1=151.49KN第二层在与极端高水位状态下相比自重力增加：0.03*3.5*（23-13）+1.07*4.5*（18-11）=34.755KN所以G2=452.855KN表 2.2.5 力臂di计算结果（m）GiG1G2G3G4G5第一层1.456第二层0.9563.854第三层0.9563.8542.23第四层0.9563.8542.232.2第五层2.4565.3543.733.73.24第一层G1力臂d1计算：d1=（0.3*23+1.07*18+0.63*11+13）*1*2.5+（2*1.63*13+2*1.37*23）*1）/151.49=1.456m第二层G2力臂d2计算：（0.5*2/3*0.125+0.25*1）/（0.125+1）=0.259m（1/3+3.5）*0.625+2*3.75）/（0.625+3.75）=2.262m7/2+0.5=4m钢筋混凝土卸荷块体力臂d21=（4*8.75+2.262*4.375+0.259*1.125）/（1.125+4.375+8.75）=3.171m A21=（8.75+4.375+1.125）*14.5=206.6251.07*4.5=4.815 3+4.5/2=5.25m1.63*4.5=7.335 3+4.5/2=5.25m3*1.25=3.75 4.5+3/2=6m0.5*1*1.25=0.625 3.5+2/3=4.167m墙后回填10100kg块石棱体力臂d22=（4.815*5.25*18/11+7.335*5.25+3.75*6+0.625*4.167）/（4.815*18/11+7.335+3.75+0.625）=5.359m A22=（4.815*18/11+7.335+3.75+0.625）*11=215.48路面混凝土力臂d23=3+4.5/2=5.25m A23=0.3*4.5*23=31.05d2=（d21*A21+d22*A22+d23*A23）/（A21+A22+A23）-0.5=3.854m其余层不变表 2.2.6 力矩MGi计算结果（KNm）GiG1G2G3G4G5G每层第一层220.569220.569第二层144.8241745.3031890.127第三层144.8241745.303359.4762249.603第四层144.8241745.303359.476377.522627.123第五层372.0592424.586601.276634.92666.5494699.392.1.3 设计低水位情况（1） 自重力：计算见表2-2-7 （以单宽m 计）（2） 力臂：计算见表 2-2-8（3） 稳定力矩：M Gi =Gidi ，计算结果见表 2-2-9. 表 2-2-7 自重力计算结果 （KN）层号第一层第二层第三层第四层第五层Gi198.5651.777161.2171.6205.725本层以上Gi198.5850.2771011.4771183.0771388.802第一层G1自重力及力臂d1计算：G1=0.3*23+1.7*18+1*23+2*3*23=198.5KNd1=（0.3*23+1.7*18+1*23）*2.5+2*3*23*1）/198.5=1.457m第一层G2自重力及力臂d2计算：G2=24.5*（2.14*7.5-0.14*0.14/2-（4+3）*1.25/2）+14.5*（7*0.36+0.36*0.36/2）+（4+3）*1.25/2+（3-0.3）*4.5）*18+4.5*0.3*23=651.777KN3.5*1.25*24.5=107.18 3.5/2=1.751.25*1*0.5*24.5=15.3125 3.5+1*1/3=3.8330.75*7.5*24.5=137.8125 7.5/2=3.75(7.5-0.14)*0.14*24.5=25.2448 (7.5-0.14)/2+0.14=3.82(7.5-0.5)*0.36*14.5=36.54 7/2+0.5=40.14*0.14*0.5*24.5=0.2401 2/3*0.14=0.0930.36*0.36*0.5*14.5=0.9396 0.14+0.36/2=0.32钢筋混凝土卸荷块体力臂d21=（107.18*1.75+15.3125*3.833+137.8125*3.75+25.2448*3.82+36.54*4+0.2401*0.093+0.9396*0.32）/323.277=3.112m A21=107.1875+15.3125+137.8125+25.2448+36.54+0.2401+0.9396=323.2772.7*1.5=4.05 3+0.75=3.75 m 3*（1.25+2.7）=11.85 4.5+1.5=6m0.5*1*1.25=0.625 3.5+2/3=4.167m墙后回填10100kg块石棱体力臂d22=（4.05*3.75+11.85*6+0.625*4.167）/（4.05+11.85+0.625）=5.379m A22=（4.05+11.85+0.625）*18=297.45路面混凝土力臂d23=3+4.5/2=5.25m A23=0.3*4.5*23=31.05d2=（d21*A21+d22*A22+d33*A23）/（A21+A22+A23）-0.5=3.748m其余层不变表2-2-8 力臂di计算(m)GiG1G2G3G4G5第一层1.457第二层0.9573.748第三层0.9573.7482.23第四层0.9573.7482.232.2第五层2.4575.2483.733.73.24表2-2-9 力矩MGi计算结果(kNm)GiG1G2G3G4G5G每层第一层289.215289.215第二层189.9652442.8602632.825第三层189.9652442.860359.4762992.301第四层189.9652442.860359.476377.523369.821第五层487.7153420.526601.276634.92666.5495810.9862.2 土压力标准值计算主动土压力系数计算卸荷块体与胸墙组成的墙背近似L型，墙后填料为块石，=45 按重力式码头设计与施工规范 （JTJ290-98）3.5.1.2 条规定，可近似按公式（3.5.1-10）计算：Ka=tg2(45 - /2)=tg2(45 -45/2 )=0.172卸荷块体以下墙背按3. 5.2 条规定取：=/3 =45/3 = 15查土力学表8-2得Ka=0.16 水平土压力系数 Kax=Kacos=Kacos15=0.16cos15=0.155垂直土压力系数 Kay=Kasin=Ka sin15=0.16sin15=0.041土压力标准值按（JTJ29098）3.5条计算。 式中：cos12.2.1墙后块石棱体产生的土压力标准值(永久作用)：(1) 极端高水位情况：A：地面 B：水位线 C：卸荷板下底面 D：过C点做与卸荷板下底面成角的直线，交墙背于D点 E：过C点做与卸荷板下底面成45+角的直线，交墙背于点E F：基床上底面与A、B、C、D、E、F对应的主动土压力分别为e0、e1、（e2、e2）、e3、e4、e5土压力强度计算值，按规范JTJ290-98规范 3.5.1 条计算。土压力强度计算：当计算卸荷板底面以上的主动土压力时，为简化计算可从卸荷板底面作一竖直面CA，假定该面为一竖直光滑的面，按朗肯公式计算作用于CA面上的土压力。光滑情况下土压力的竖直分力为0。接下来的计算都按照第一层、第二层的竖直分力为零进行计算。下式计算中的h都是两点之间的高程差。e0=0e1=hAB*r1*ka=0.27180.172=0.84(Kpa)e2=（hAB*r1+hBC*r2）*ka=（0.27*18+5.23*11）*0.172=10.73(Kpa)e2=0e3=hCD*r2*ka=2.476110.16=4.36(Kpa)e4=（hAB*r1+hBC*r2+hCE*r2 ）*ka=(0.27*18+5.23*11+6.28*11)0.16=21.04(Kpa)e5=21.04+（9-6.28）*11*0.16=25.83（Kpa） 合力计算：土压力合力Ei的计算结果见表 2-2-10 （以单宽m计算）。 水平力EHi作用的力臂di ，计算结果见表 2-2-11 。 水平力EHi作用产生的倾覆力矩MEHi=EHidi，计算结果见表2-2-12。 垂直力EVi作用的力臂Li，计算结果见表 2-2-13 。 垂直力EVi作用产生的倾覆力矩MEVi= EViLi ,计算结果见表2-2-14.表2210土压力计算结果(KN)层号第一层第二层第三层第四层第五层Ei9.4520.91258.28439.70269.462EHi=Eicos9.4520.91258.0038.34967.095EVi=Eisin002.14410.01717.978本层以上EHi9.4530.362538.362576.7115143.8065本层以上EVi002.14412.16130.139主动土压力分布图见下图，右侧为土压力分布图，左侧为每层方块与土压力分布图相交处土压力表2211力臂di计算结果（m） EhiEH1EH2EH3EH4EH5第一层1.043第二层3.5431.132第三层6.5434.1320.964第四层9.5437.1323.9641.252第五层12.54310.1326.9644.2521.441表2212 倾覆力矩MEhu计算结果（kNm） EhiEH1EH2EH3EH4EH5第一层9.8569.856第二层33.48123.67357.154第三层61.83186.4107.712155.953第四层90.181149.14831.71248.013319.054第五层118.531211.88555.712163.06096.684645.872表2213 力臂Li计算结果（m） EviEv1Ev2Ev3Ev4Ev5第一层-第二层-第三层-4.45第四层-4.44.4第五层-5.95.95.9表2214 稳定力矩MEvi计算结果（kNm）EViEV1EV2EV3EV4EV5第一层-第二层-第三层-9.5419.541第四层-9.43444.07553.509第五层-12.65059.100106.070177.82（2）设计高水位情况：土压力强度计算：e0=0e1=1.37180.172=4.242(Kpa)e2=(1.3718+4.1311)0.172=12.055(Kpa)e2=0e3=2.476110.16=4.358(Kpa)e4=(1.3718+4.1311+6.2811)0.16=22.267(Kpa)e5=22.267+(9-6.277)110.16=27.060(Kpa)主动土压力分布图见下图2-2-2 b。 合力计算：土压力合力Ei的计算结果见表2.2.15.。 水平力EHi作用的力臂di，计算结果见表2.2.16。 水平力EHi作用产生的倾覆力矩MEhi=EHidi,计算结果见表2.2.17。 垂直力Evi作用的力臂Li，计算结果见表2.2.13。 垂直力Evi作用产生的稳定力矩MEvi=EviLi,计算结果见表2.2.18。表2215 土压力计算结果(KN)层号第一层第二层第三层第四层第五层Ei12.32924.2198.32941.66473.136EHi=Eicos12.32924.2198.04540.24470.644EVi=Eisin002.15610.78318.929本层以上EHi12.32936.54844.59384.837155.481本层以上EVi002.15612.93931.868表2216 力臂di计算结果（m） EhiEH1EH2EH3EH4EH5第一层1.059第二层3.5591.148第三层6.5594.1480.960第四层9.5597.1483.9601.246第五层12.55910.1486.9604.2461.444表2217 倾覆力矩MEhu计算结果（kNm） EhiEH1EH2EH3EH4EH5第一层13.05613.056第二层43.87927.80371.682第三层80.866100.4607.723189.049第四层117.853173.11731.85850.144372.972第五层154.840245.77455.993170.876102.010729.493表2218 力臂Li计算结果（m） EviEv1Ev2Ev3Ev4Ev5第一层-第二层-第三层-4.45第四层-4.44.4第五层-5.95.95.9表2219 稳定力矩MEvi计算结果（kNm）EViEV1EV2EV3EV4EV5第一层00第二层000第三层009.5949.594第四层009.48647.44556.931第五层0012.72063.620111.681188.021(3)设计低水位情况：土压力强度计算：e0=0e1=5.14180.172=15.913 (Kpa)e2=（5.14*18+0.36*11）*0.172=16.595 (Kpa)e2=0e3=4.358(Kpa)e4=(5.14*18+0.36*11+6.28*11)0.16=26.490(Kpa) e5=26.490+2.723110.16=31.282(Kpa)合力计算：土压力合力Ei的计算结果见表2219。水平力EHi作用的力臂di，计算结果见表2220。水平力EHi作用产生的倾覆力矩MEhi=EHidi,计算结果见表2221。垂直力EVi作用的力臂Li,计算结果见表2213。垂直力EVi产生的稳定力矩MEVi=EViLi，计算结果见表2222。表2219 土压力计算结果(KN)层号第一层第二层第三层第四层第五层Ei13.23632.328.47348.35485.759EHi=Eicos13.23632.328.18446.70682.837EVi=Eisin002.19312.51522.196本层以上EHi13.23645.55653.74100.446183.283本层以上EVi002.19314.70836.904表2220 水平力臂di计算结果（m） EhiEH1EH2EH3EH4EH5第一层1.000第二层3.5001.120第三层6.5004.1200.947第四层9.5007.1203.9471.229第五层12.50010.1206.9474.2291.451表2221 倾覆力矩MEhu计算结果（kNm） EhiEH1EH2EH3EH4EH5第一层13.23613.236第二层46.32636.19882.524第三层86.034133.1587.75226.942第四层125.742230.11832.30257.402445.564第五层165.45327.07856.854197.520120.196867.098表2222垂直力臂Li计算结果(m) EhiEH1EH2EH3EH4EH5第一层第二层第三层4.45第四层4.44.4第五层5.95.95.9表2223 稳定力矩MEvi计算结果（kNm）EViEV1EV2EV3EV4EV5第一层第二层第三层9.7599.759第四