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任务要求:码头设计高水位12米,低水位7.4米,设计船型20000吨,波高小于1米,地面堆货20kpa,Mh—16—30门座式起重机,地基承载力不足,须抛石基床。一.拟定码头结构型式和尺寸1.拟定沉箱尺寸:船舶吨级为20000吨,查规范得相应的船型参数:设计船型总长(m)型宽(m)满载吃水(m)18327.610.5即吃水为10.5米。其自然资料不足,故此码头的前沿水深近似估算为:1.1510.512.1DkTm,设计低水位7.4米,则底高程:7.412.14.7m,因此定底高程-5.1m处。由于沉箱定高程即为胸墙的底高程,此处胸墙为现浇钢筋混凝土结构,要求满足施工水位高于设计低水位,因此沉箱高度要高于码头前沿水深12.1m。综上,选择沉箱尺寸为:1310.214lbhmmm。下图为沉箱的尺寸图:2.拟定胸墙尺寸:如图,胸墙的顶宽由构造确定,一般不小于0.8m,对于停靠小型内河船舶的码头不小于0.5m。此处设计胸墙的顶宽为1.0m。设其底宽为5.5m,检验其滑动和倾覆稳定性要求是否满足要求:(由于此处现浇胸墙部分钢筋直接由沉箱顶部插入,可认为其抗滑稳定性满足要求,只需验算其抗倾稳定性)设计高水位时胸墙有效重力小于设计低水位时,对于胸墙的整体抗倾不利,故考虑设计高水位时的抗倾稳定。沉箱为现浇钢筋混凝土,其重度在水上为323.5/kNm,水下为313.5/kNm,则在设计高水位时沉箱的自重为:5.5111.5111.51.55.5123.53.111.55.513.113.524.64.[{]62}G()则227.83GkN。自重G对O点求矩:G77.10.533.49675.510.47922/35.51/3=733.56MkNm()()。考虑到有门机在前沿工作平台工作时,胸墙的水平土压力最大,此处门机荷载折算为线性荷载为:25010178.5714qkPa。(此处近似用朗肯土压力进行验算)朗肯主动土压力系数:224545350.()7)(=2Katantan。则其土压力分布如上图:如上图,其各点的土压力强度为:01112=0.27178.5748.21;10.27181.5178.5755.5;120.27181.59.53.1178.5763.46.abPKahqkPaPKahqkPaPKahhqkPa则其土压力为:0.51.548.2155.50.53.155.563.46262.17EKN。作用点至墙底的距离为:221148.214.62.37.293.10.57.963.10.50.57.291.53.11(())3=2.203yEm。则土压力对墙前O点的弯矩值为:262.172.2576.77MKNm。综上:G=733.56576.77MkNmMKNm,即说明在高水位时胸墙能保持抗倾稳定。即胸墙的尺寸为:顶宽为1.0m,底宽为5.5m,高为4.6m。则码头的结构形式及尺寸如图:二、计算高低水位时抗滑、抗倾稳定性及地基应力1、荷载作用分类及计算:(1)结构自重力(永久作用):a、设计高水位情况:设计高水位自重作用计算表项目计算式Gi(KN)Xi(m)Gi*Xi(KN*m)沉箱前、后面板、纵隔墙(13.05*0.3*+13.05*2)*13*152035.805.5011196.90沉箱侧板、横隔墙(13.05*4.25*0.3*4+13.05*4.25*0.2*4)*151663.905.509151.45沉箱底板(9.3*0.25*13)*15816.105.504488.55沉箱前趾(0.45+0.85)*0.9*0.5*13*15114.100.5056.60沉箱内填土4.25*4*13.05*9.5*612645.455.5069549.98胸墙[(1+2.5)*1.5*0.5*23.5+(2.5+5.5)*3.1*0.5*13.5]*132979.000.401191.60胸墙后填土[(4.8+7.8)*3.1*0.5*9.5+(7.8+9.3)*1.5*0.5*18]*135414.004.1222305.68总计25668.35117940.76每延米自重作用25668.35/131974.499072.37b、设计低水位情况:设计低水位自重作用计算表项目计算式Gi(kN)Xi(m)GiXi(kN*m)沉箱前面板、后面板、纵隔墙2*(0.3*12.5*13*15+0.3*1.05*13*25)+0.2*12.5*13*15+0.2*1.05*13*252223.005.5512337.65沉箱侧板,横隔板2*(0.3*12.4*12.5*15+0.3*12.4*1.05*25)+0.2*12.4*12.5*15+0.2*12.4*1.05*252120.405.5511768.22沉箱底板10.2*0.45*13*15895.055.554967.53沉箱前趾0.85*0.9*13*15149.180.4567.13沉箱内填石6*(3.4*3.65*12.5*9.5+3.4*3.65*1.05*18)10249.425.5556884.28胸墙(1+5.5)*4.6/2*13*23.54567.232.7912719.72胸墙后填土(3.8+8.3)*4.6/2*13*186512.227.0445819.98总计26716.49144564.50每延米自重作用2055.1111120.35(2)、土压力标准值计算:码头后填料为粗砂,水上水下的内摩擦角=35,沉箱以下外摩擦角35===11.733。主动力系数为:2222coscos35==0.29sin()sinsin(3511.7)sin3511coscos11.7aKax=cos0.29cos11.70.28aKK;ax=cos0.29sin11.70.06aKK。土压力标准值按下式计算:11a0()Kcosnniiieh2a0()Kcosnniiieh其中cos=1。a、码头后填料土压力(永久作用):设计高水位情况:13.50e;12.0181.50.297.8ahKkPea;12.0181.50.25'87.6ahKkPea(与12.0e相差很小,近似忽略)1-5.1122+181.5+9.517.10.2854.94ahhKkPae)()(。土压力强度分布图见上图高水位计算作用分布图。土压力为:n117.81.57.854.9417.1542.56/22EKNm;土压力标准值的水平力:Hnncos542.56cos11.7=531.29/EEKNm;土压力标准值的竖向力:Vnnsin542.56sin11.7=110.02/EEKNm;土压力引起的倾覆力矩为:11.517.1117.11.57.817.1++7.817.1+54.94-7.817.123223=3540.73(KNm)/mEHM()()。土压力引起的稳定力矩为:V110.02=1122.20(0.2)/1EMKNmm。设计低水位情况:13.50e;7.40.29186.131.84ahKPeka;7.40.28186.130'.75ahKkPae(相差不大,近似和7.4e相等);1-5.1122+186.1+9.512.50.2866.28ahhKkPae)()(。土压力强度分布图见上图低水位计算作用分布图。土压力为:116.131.8431.84266.2812.5713.76/22nEKNm();土压力标准值的水平力:Hnncos713.76cos11.7=698.93/EEKNm;土压力标准值的竖向力:Vnnsin713.76sin11.7=144.74/EEKNm;土压力引起的倾覆力矩为:16.112.5112.56.131.8412.5++31.8412.5+66.28-31.8412.523223=4795.74(KNm)/mEHM()()。土压力引起的稳定力矩为:V144.74=1476.35(0.2)/1EMKNmm。b、堆货荷载产生的土压力:各种水位时,堆货荷载产生的土压力强度标准值相同。13.5~8.9200.295.80ekPa;8.9~-5.1200.285.60ekPa。(近似相等,均取5.80kPa)土压力强度分布图见上图高水位计算作用分布图。堆货荷载引起的水平作用:5.8018.6107.88/qHEKNm;堆货荷载引起的竖向作用:Vtan11.7107.88tan11.7=22.34/qqHEEKNm;堆货荷载引起的倾覆力矩:=18.6107.882006.57()/EqHqHMEKNmm;堆货荷载引起的稳定力矩:=18.622.34415.52()/EqHqHMEKNmm。c、码头前沿堆货引起的竖向作用:码头前沿堆货范围按7m计算。720140/GKNm;码头前沿堆货产生的稳定力矩:7140(10.27)938()/2GMKNmm。d、门机荷载产生的土压力计算(可变作用):沉箱长度为13m,故考虑时仅按一台门机产生的土压力计算,在吊臂处于不同位置下各种水位中,门机产生的土压力范围相同。如图情况3:A、B前腿为1100KN、400KN,C、D后腿为400KN、1100KN。门机后退产生的附加土压力强度:2=21500/13/10.20.286.33PaxPeKkPah;门机后腿产生附加土压力引起的水平作用和倾覆力矩:q16.3310.232.28/2HEKNmq32.285.1=164.64()/HMKNmm门机后腿产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩:qV32.28tan11.76.68/EKNmqV6.6810.2=68.19()/MKNmm门机前腿产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩:1500/13115.38/GKNm115.382.75=317.30()/GMKNmm其余两种情况类似,但是1和2情况下,后腿竖向荷载小于3情况,故产生的附加土压力也小于3情况,考虑最不利情况时,仅需考虑3情况即可。(3)、船舶系缆力(可变作用)sincosxNN;ycossinNN。因为此处是海港码头,按要求,则=30=15,。sincos=500sin30cos15=241.48xNNKN;系缆力引起的水平作用和倾覆力矩为:241.4818.58/13RHPKNm;18.5818.6345.59()/PRMKNmm。(4)、码头荷载标准值汇总码头荷载汇总表作用分类荷载情况垂直力(KN/m)水平力(KN/m)稳定力矩(KN*m/m倾覆力矩(KN*m/m)永久作用自重力设计高水位1974.499072.37设计低水位2055.1111120.35填料土压力设计高水位110.02531.291122.203540.73设计低水位144.74698.931476.354795.74可变作用堆货土压力22.34107.88415.522006.57前沿堆货140.00938.00门机作用122.0632.28385.49164.64船舶系缆力18.582、码头稳定性验算(1)作用荷载效应组合持久组合:设计高水位(永久作用)+堆货(主导可变作用);(波浪力为0)短暂组合:波浪力为0,故此不予考虑;偶然组合:非正常撞击、火灾、爆炸等未考虑;地震组合:可不进行抗震验算。(2)码头沿基床
本文标题:沉箱码头计算书讲解
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