港口工程课程设计(2012级卓越班).pdf

港口工程课程设计港口工程课程设计 任务书及指导书任务书及指导书 长沙理工大学水利工程学院长沙理工大学水利工程学院 港航工程系港航工程系 2012015 5 年年 9 9 月月 港口工程课程设计任务书港口工程课程设计任务书 一、一、某某海港海港码头码头工程设计资料工程设计资料 （一（一）自然条件自然条件 1 1 .气象气象 (1)气温 某海港位于我国东南沿海，属亚热带海洋性气候，78 月份气温较高，月平均气温 28左右，2 月份气温最低，平均 12.5左右。年平均气温：20.8 年最高气温：38.5(1979 年 8 月 15 日)年最低气温：2.0(1957 年 2 月 12 日)日最高气温：35的天数，平均每年 8d (2)风 春、夏两季以 SE 风为主，秋、冬两季以 NE 风为主，详见风玫瑰图。由图可知，常风向为 NE，频率为 15.8%，其次是 SE 向，频率为 12.4%，强风向为 ESE，最大风速 38m/s(1959 年 8 月 23 日)。某港区常风向为 E，详见风玫瑰图。(3)降水 年平均降雨量：1181.0mm 年最多降雨量：1571.8mm(1973 年)年最少降雨量：892.4mm(1970 年)一日最大降雨量：239.7mm(1973 年 4 月 23 日)年平均降雨日数(日降雨量0.1mm)：129d 年最多降雨日数(日降雨量0.1mm)：159d(1975 年)年最少降雨日数(日降雨量0.1mm)：100d(1980 年)最长连续降雨日数为20d(1979年3月9日至3月28日，相应降雨量为135.3mm)。日降雨量25mm 的日数：12.9d。(4)雾 15 月份为雾季，其中以 34 月份雾最多(3 月份平均为 5.5d，4 月份平均为5.5d)，78 月份为无雾季节。年平均雾日数为 22d。2.2.水文水文 (1)潮位 本港潮型属正规半日潮型。设计潮位见表 1。表 1 设 计 水 位 表 设计高水位(m)6.16 设计低水位(m)0.82 极端高水位(m)7.57 极端低水位(m)-0.24 （2）波浪 港区由于受地形的掩护，外海波浪难以直接进入，故波浪较小。本项目设计波要素详见表 2：表 2 设计波要素 重现 期(年)H1%H4%H5%H13%H(m)T(m)L(m)50 1.79 1.51 1.46 1.21.76 3.00 14.0 25 1.60 1.35 1.30 1.08.68 2.80 12.2 2.52.44.42.35.22 1.80 5.1 （3）海流 本港潮流属半日潮流，因受地形制约呈往复流形式。潮流特点是表层落潮流速大于涨潮流速，底层一般涨潮流速略大于落潮流速。实测最大流速达 1.46m/s。3 3地形、地貌及工程泥沙地形、地貌及工程泥沙 港区沿岸以花岗岩和火山岩低丘、红土台地为主；港湾深入、水域宽阔，水下地形复杂多岛屿和礁石，基岩山丘和台地临岸段坡陡水深。泥沙以悬移质为主，泥沙来量不大，含沙量较小，平均含沙量为 0.040.06kg/m3。4 4 地质条件地质条件 根据钻探资料，码头区原始泥面高程为-1.3m，各土层天然地基容许承载力及平均厚度详见表 3。表 3 天然地基容许承载力一览表 层序 土层名称 地基容许承载力 建议值 平均厚度 m 平均埋深 m(各土层层底距原始泥面)灰色粗砾砂混淤泥 80 3.6 3.6 灰黄色角砾 180 2.3 5.9 灰灰黄色，粉质粘土 160 2.9 8.8 灰灰黄色砾砂中砂 220 3.7 12.5 花岗岩残积土 220 3.0 15.5 全风化花岗岩 300 3.7 19.2 强风化花岗岩 500 4.0 23.2 微风化花岗岩 2500 2.6 25.8 5 5地震地震 根据中国地震动参数区划图（GB183062001），本区地震基本烈度为 7 度，设计基本地震加速度为 0.15g，区内建筑物抗震设计应据此设防。（二）（二）营运资料营运资料 1 1 吞吐量：吞吐量：该港各货种吞吐量情况见表 4、表 5 及表 6。（按任务分配选取）表 4 杂货吞吐量（单位：万吨）货种 吞吐量 出口 进口 小计 外贸 内贸 小计 外贸 内贸 合计 300 100 45 55 200 125 75 钢铁 60 5 5 55 45 10 水泥 20 20 20 化肥 30 5 5 25 20 5 粮食 55 15 15 40 10 30 其他件杂货 135 55 25 30 80 50 30 表 5 集装箱吞吐量 单位：万 TEU 货种 吞吐量 进口 出口 小计 外贸 内贸 小计 外贸 内贸 集装箱 50 30 30 20 20 表 6 散货吞吐量 单位：万吨 货种 吞吐量 进口 出口 小计 外贸 内贸 小计 外贸 内贸 煤 210 210 210 2 2设计船型设计船型 本工程到港货运船设计船型以国内现有定型船型为基础，结合船型发展趋势，确定设计采用的船型尺度见表 7（按任务分配选取）。表 7 船型尺度表 小组 货种 代表船型 总长（m）型宽（m）满载吃水（m）1 集装箱 20000 吨级 183 27.6 10.5 2 集装箱 30000 吨级 241 32.3 12.0 3 集装箱 50000 吨级 293 32.3 13.0 4 件杂货 20000 吨级 166 25.2 10.1 5 件杂货 30000 吨级 192 27.6 11.0 6 件杂货 40000 吨级 200 32.2 12.3 7 散货 35000 吨级 190 30.4 11.2 8 散货 50000 吨级 223 32.3 12.8 9 散货 70000 吨级 228 32.3 14.2 二二、课程设计任务课程设计任务 根据任务分配表，每位同学完成相应货种、船型时的码头工程相关设计计算，课程设计主要任务如下：1按照自然条件、营运条件等确定码头规模（泊位数）；计算码头前沿顶、底高程，码头线长度及库场面积；计算码头前停泊水域、港池及回旋水域尺度（均按顺岸式考虑）。2根据自然条件、营运条件等拟定重力式沉箱码头断面（包括系靠船设施的选用），并说明码头结构方案特点。3验算某一水位情况下码头墙身底面的抗倾、抗滑稳定性和沿基床底面的滑动稳定性；验算基床承载力及地基承载力；计算沉箱壁板及底板内力。三三、设计成果要求、设计成果要求 1完成有必要文字说明的设计计算书一册（手写），要求文字简明扼要，计算正确，书写清楚、整洁。2绘制码头结构断面图 1 张、码头平立面图 1 张、荷载分布图 1 张（折合不少于 3张 A2 图纸）。3设计计算及作图应符合港口工程技术规范的规定。4根据学生平时情况和提交成果进行成绩判定，未按任务要求完成和雷同者一律不及格。港口工程课程设计指导书港口工程课程设计指导书 一一、设计步骤、设计步骤及方法及方法 （一）（一）资料分析资料分析 （1）分析气象、营运资料，拟定合适的装卸船机械，确定码头规模等。（2）分析船型及货运量资料，确定码头线长度及水域相关尺度；确定码头库场面积。（3）分析船型资料、水文资料，根据水位情况，确定码头前沿顶、底高程等。（4）分析地形、地质资料，拟定码头基础型式，进而拟定码头断面；根据货种及船型资料，确定码头荷载，进行码头抗倾、抗滑稳定性验算，基床及地基承载力验算；沉箱壁板、底板内力计算。（二）（二）码头规模确定码头规模确定 （1）初步拟定装卸船机械及效率；（2）选取任务分配中规定的货种、船型等按照海港总体设计规范的泊位数计算相关条文 7.10 进行计算。（三）（三）码头水域、陆域尺度码头水域、陆域尺度 按照海港总体设计规范5.3、5.4、7.10 的相关条文，完成码头水域、陆域相关尺度确定。（1）确定码头前沿顶、底高程和码头线长度，计算码头库场面积。（2）确定码头前停泊水域、港池、回旋水域尺度。（四）（四）沉箱码头结构断面拟定沉箱码头结构断面拟定 按照教材中第二章重力式码头第二节、第五节相关内容和重力式码头设计与施工规范2.3、5.1 相关条文要求，拟定沉箱码头断面。（1）拟定断面主要高程（码头前沿顶面高程、码头底面高程、沉箱顶面高程）。（2）拟定墙身主要尺度（墙身底宽、沉箱长度、舱格尺度）和构件尺度。（3）拟定基床厚度及基床底宽。（4）拟定墙后回填及倒滤方式。（5）系、靠船设施及轨道等设置。（五）（五）作用的分类和计算作用的分类和计算 1作用的主要类型 本工程中主要计算作用包括自重力、土压力、地面使用荷载、波浪力、船舶荷载，根据沉箱断面墙后回填情况确定是否需要考虑剩余水压力。本次设计由于时间关系，不进行地震状况的验算，故不考虑地震荷载。2作用的确定（1）自重力计算。自重力的计算依据港口工程荷载规范4.0.2 的相关规定。应注意各级水位情况下，材料的水上、水下容重变化对自重力的影响。（2）地面使用荷载确定。地面荷载参考港口工程荷载规范5.1、6.2 规定，堆货荷载应根据不同的计算内容考虑最不利的布置方式。（3）土压力计算。土压力计算依据 重力式码头设计与施工规范（JTS 167-2-2009）2.4 的相关规定。土压力分为墙后填料产生的土压力（永久作用）和码头可变荷载产生的土压力（可变作用）。（4）波浪力计算。本工程为直立式码头，其波浪力计算方法和计算公式参考海港水文规范8.1。首先需要判断作用在码头上的波浪的波态，然后根据不同波态选择不同的计算公式，确定在波峰（施工期）或波谷作用（使用期）下直立墙面上的波压力以及墙底面上的波浪浮托力。(5）船舶作用计算。本设计中重点计算对结构计算起控制作用的系缆力的计算，计算方法参考港口工程荷载规范10.210.4 相关规定。（六）（六）码头稳定性验算码头稳定性验算 本设计由于时间关系，主要考虑承载能力极限状态的持久组合和短暂组合，不考虑地震状况。1持久状况作用组合主要考虑：组合一：设计水位下永久作用+均载（主导可变）+波谷作用（非主导）组合二：设计水位下的永久作用+系缆力（主导可变）+均载（非主导）组合三：设计水位下的永久作用+波谷（主导可变）+均载（非主导）沿码头墙身底面的抗倾、抗滑稳定性验算公式参考 重力式码头设计与施工规范2.5.1。基床底面的抗滑稳定计算需将抛石基床的自重以及墙前被动土压力考虑在内。具体参考重力式码头设计与施工规范2.5.1。2短暂组合主要验算有波浪作用，墙后尚未回填时，墙身在在波浪作用下的稳定性。（七）（七）码头承载能力验算码头承载能力验算 承载力验算包括基床顶面应力计算和基床底面应力计算。主要计算方法参考重力式码头设计与施工规范2.5.22.5.7。（八）（八）沉箱结构内力计算沉箱结构内力计算 1.1.沉箱壁板内力计算沉箱壁板内力计算 1 1）箱壁上的荷载箱壁上的荷载 （1）施工期：主要考虑沉箱沉放时的水压力，因为本工程不采用溜放浮运的施工方法。根据经验，沉放时水压是箱壁的控制荷载，其荷载图示见图 1。图 1 沉放时水压力 根据设计经验沉箱舱格灌水深度 1.5L（L 为箱格的计算长度）时具有最大的箱壁内力。由于前后箱壁与侧箱壁的箱格计算跨度 L 不同，故应分别计算。沉箱吃水：T（沉箱自重舱格内水重）/（沉箱断面底面积-前后趾底面积）水压 P（T-t）w （2）使用期 主要包括箱内填料产生的侧压力、波浪力及后壁上有轨道梁的荷载。波浪力计算同前面计算方法一样，填料侧压力计算采用扬森公式计算。2 2）计算方法计算方法 为简化计算，根据结构的受力情况，将箱壁分为两个区段：底板以上 1.5L（L格墙间距）区段和 1.5L 以上区段。前者按三边固定一边简支的单孔板计算。后者多余两跨时，按两端固定的连续板计算；等于或少于两跨时，按框架或两端固定的单跨板计算；都以 1m 为计算单元。2.沉沉箱底箱底板内力计算板内力计算 1)1)底板上的荷载底板上的荷载 （1）施工期：包括箱内回填墙背未回填情况下的内填料竖向压力、地基反力、底板自重压力、浮托力。（2）使用期：包括前趾最大地基反力、波浪浮托力，填料及上面荷重产生的竖向压力及底板的自重。2 2）计算方法计算方法 每个箱格底板按四边固定板计算，趾板按悬壁板计算。二二、设计进度、设计进度安排安排 课程设计时间共 3 周（15 天），建议安排如下：任务安排、借阅资料、资料分析 1 天 码头泊位数计算 1.5 天 码头水域、陆域相关尺度计算 1.5 天 沉箱断面拟定 2 天 码头稳定性验算 2 天 基床及地基承载力验算 2 天 构件内力计算 2 天 说明书整理 1.5 天 图纸绘制 1.5 天 三、三、参考文献参考文献 1 JTS 165-2013，海港总体设计规范S.北京：人民交通出版社，2013.2 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）.人民交通出版社，2009.3 中华人民共和国行业标准.海港水文规范（JTS145-2-2013）.人民交通出版社，2013.4 中华人民共和国行业标准.港口工程荷载规范（JTS144-1-2010）港口工程荷载规范）.人民交通出版社，2010.5 交通部第一航务工程设计院.港口工程结构设计算例.人民交通出版社，2001.6 王元战.港口与海岸水工建筑物.人民交通出版社，2013.7 韩理安.港口水工建筑物.人民交通出版社，2008.8 交通部第一航务工程勘察设计院.海港码头结构设计手册（上中）M.北京：人民交通出版社，2001.