重力式码头的基本计算

PortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure重力式码头的基本计算一.重力式码头的设计状态和计算内容重力式码头的设计应考虑三种设计状况１、持久状况：在结构使用期按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。２、短暂状况：施工期或使用期可能临时承受某种特殊荷载时按承载能力极限状态设计，必要时也需按正常使用极限状态设计。３、偶然状况：在使用期遭受偶然荷载时仅按承载能力极限状态设计。PortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure二、重力式码头上的作用重力式码头上的作用按时间变异可分为以下三类：永久作用：自重（建筑物，固定机械设备），填土产生的土压力。可变作用：地面使用荷载产生的土压力，船舶荷载，施工荷载，冰荷载，波浪力等。偶然作用：地震作用。１、建筑物的自重：G=γV（γ的选取）材料重度：水上采用天然容重，水下采用浮容重。填料重度：无粘性土，以墙后地下水位为界，地下水位以上采用天然容重，以下采用浮容重。粘性土：根据当地经验选用，（应考虑饱和区）PortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure２、剩余水压力概念：墙后地下水位高于墙前计算低水位时产生的水压力差值，一般按静水压力考虑。剩余水压力应根据码头排水的好坏和后方填料的透水性来确定。⑴、墙后为抛石棱体或粗于中砂的填料，可不考虑剩余水压力。⑵、墙后为中砂或细于中砂的填料（包括粘性土）时：①、潮汐港：剩余水头取1/5~1/3的平均潮差；②、河港：取决于排水措施和墙前、后地下水位情况。PortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure（一）土压力计算方法１、朗金公式•假定：土体为半无限弹性体，滑动楔体内土体每一点均达到塑性极限平衡状态。•公式（略）•适用条件：•⑴、适用于粘性土（C≠０）及砂性土（C=0）；•⑵、适用于地面水平，墙背垂直且光滑。3、土压力PortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure2、库伦公式•由滑裂楔体平衡条件推得•适用条件：⑴适用于无粘性土，不适用于粘性土；⑵适用于地面倾斜或水平，墙背倾斜或垂直的陡墙，不适用于坦墙；⑶适用于墙背粗糙或光滑，即δ≠０或δ=０。PortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure㈡、港口工程中土压力的计算１、一般原则：⑴、主动土压力①无粘性土：陡墙情况（-15°≤α≤θ’），按库伦公式计算；坦墙情况：按假想墙背简化，并按朗金公式计算，假想墙背至实际墙背之间的土重应计入结构中。②粘性土：按当地经验选用（按朗金公式计算；用经验内摩擦角或等代内摩擦角取代C，φ值，采用库仑公式计算）⑵、被动土压力无论是粘性土还是无粘性土均按朗金公式计算。PortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure２、特殊情况下主动土压力的计算⑴、距墙背一定距离的均布荷载PortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure⑵、距墙背一定距离的集中荷载PortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure•M点以上按填土计算土压力•M点以下按填石计算土压力•M点位置以两种填料的综合破裂角θ’确定：•填料1：h1，φ1，θ1；•填料2：h２，φ２，θ２，则：•θ1＝45°-φ1/2，•θ2＝45°-φ２/2•θ’＝(θ1h1+θ2h2)/(h1+h２)⑶、墙后有减压棱体的土压力的计算PortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure⑷、有卸荷板的码头的土压力计算•上墙：C-C’按朗金公式，计算，δ=0。•下墙：相当于情况⑴。PortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure４、系缆力沿码头方向的分布⑴、计算稳定时，不考虑撞击力、挤靠力。⑵、系缆力：Ny－对码头影响不大，不考虑。Nz－数值较小，计算墙身稳定性时不考虑，而在计算系船块体和胸墙稳定性时应考虑。Nz－按各分层沿码头长度方向的分布长度考虑。①、对于阶梯形方块码头：沿墙以45°向下扩散，遇竖缝中止，然后再从缝底端向下继续扩散。②、对于护壁码头：沿墙以45°向下扩散，遇竖缝中止。③、对于现浇砼和浆砌石码头、沉箱码头，在验算沿墙底稳定是，以分段长度作为船舶荷载的分布长度。因为此类码头在分段长度内为一整体。PortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure三、重力式码头的基本计算1、码头稳定性验算１）抗滑稳定性验算组合一：不考虑波浪力作用，由可变作用产生的土压力为主导可变作用时，抗滑稳定性应满足下式：组合二：不考虑波浪力作用，沿胸墙底面的抗滑稳定性，系缆力为主导可变作用fqVPEVEEGGdRHPpRqHEEWPPWHEE)(1)(0fqVEERVPPRVEEGGdqHEERHPPRWPPWHEE)(1)(0PortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure组合三：考虑波浪力作用，波浪力为主导可变作用时：组合四：考虑波浪力作用，堆载土压力为主导可变作用时：此为一种水位情况，若将水位作为一个组合条件，则可得十几中组合情况。fqVEEBVPVVEEGGdqHEEBPPWPPWHEE)(1)(0fBVPVqVEEVEEGGdBPpqHPEWPPWHEE)(1)(0PortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure注意：计算暗基床底面的抗滑稳定性时，应考虑基床垂直面上的被动土压力Ep，且G中应包括E’EDB的重量。但：①Ep－取计算被动土压力的30%，当暗基床较薄或土质较软时可以不考虑。②f－砂性土时，取f=tgφ；粘性土时，取等代内摩擦角φ’f=tgφ’=tg(φ+c/σ)PortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure２）抗倾稳定性验算组合一：不考虑波浪力作用，由可变作用产生的土压力为主导可变作用时，抗倾稳定性应满足下式：组合二：不考虑波浪力作用，对胸墙底面前趾的抗倾稳定性，系缆力产生的倾覆力矩为主导可变作用时：)(1)(0EqVMEEVMEGMGdpRMpREqHMEPWMPWEHME)(1)(0EqVMEEVMEGMGdEqHMEPRMPRPWMPWEHMEPortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure组合三：考虑波浪力作用，波浪作用为主导可变作用时：组合四：考虑波浪力作用，堆载土压力为主导可变作用时：)(1)(0EqVMEPBVMVEVMEGMGdEqHMEPBMPPWMPWEHME)(1)(0PBVMVEqVMEEVMEGMGdPBMPEqHMEPWMPWEHMEPortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure2、承载力验算１）基床承载力验算⑴、基底应力计算按刚性墙计算，基底应力呈直线分布，按偏心受压公式计算，对矩形墙底：式中：Vk－作用在基床底面的竖向合力标准值(KN/m)；e－合力偏心距；ξ－合力作用点至前趾的距离，ξ=(MR-M0)/Vk。)61(maxminBeBKVPortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure注意：①由公式可知：当ξB/3时，σmin0，此时应将基底应力进行重分布。σmax×3ξ/2=Vkσmax=2Vk/3ξσmin=0②ξ过小，会出现应力集中，产生过大的不均匀沉降，甚至出现工程事故；规范：对非岩基，ξ≮B/4，若ξB/4，则应重新拟定结构尺寸。对岩基，由于不可压缩，可不加限制。③对抛石基床，承载力设计值一般取600KPa。基床承载力验算：γ0γσσmax≤σr式中：γσ－基床顶面最大应力分项系数，取1.0。γ0－结构重要性系数，取1.0。σr－基床承载力设计值；σmax－基床顶面最大应力标准值。PortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure2）、地基承载力验算基床应力通过基床向下扩散，扩散宽度为B1+2d，并按直线分布。B1－墙底实际受基底应力的宽度。①、ξB/3，eB/6，B1=B②、ξB/3，eB/6，B1=3ξ两种情况的基床底面最大，最小应力标准值和合力作用点偏心距可按下式计算：σmax’=B1σmax/(B1+2d)+rdσmin’=B1σmin/(B1+2d)+rde’=(B1+2d1)/6+(σmax’σmin’)/(σmax’+σmin’)地基承载力能否满足要求，按《港口工程地基规范》验算。PortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure3、整体稳定性及地基沉降验算圆弧滑动当地基浅层有软弱夹层和倾斜岩石情况，宜采用非圆弧滑动面计算。１）整体稳定性PortEngineeringTeachingandResearchSectionHarborEngineeringStructure2）地基沉降计算地基沉降包括：均匀沉降：不会引起建筑物的破坏，但过大回影响建筑物的正常使用。不均匀沉降：沿码头横断面方向，如何解决？沿码头长度方向，破坏性较大，如何解决？码头长度方向上的沉降量应分段计算，具体见《土力学》，《港口工程地基规范》等。规范规定：方块、护壁码头，沉降量应15~20cm；沉箱码头20~25cm。