港工设计报告

滕安琦

排架计算报告书

工程编号: 计 算: 校 核: 审 定:

横梁计算时间 2014年06月18日14:43:20

工程条件

1.基本说明

1.1 设计采用的技术规范

a．《高桩码头设计与施工规范》(JTS167-1-2010) b．《港口工程荷载规范》 c．《水运工程抗震设计规范》 d．《港口工程混凝土结构设计规范》 e．《港口工程桩基规范》

f．《港口工程灌注桩设计与施工规程》

g．《港口工程预应力混凝土大直径管桩设计与施工规程》 h．《港口工程嵌岩桩设计与施工规程》

1.2 参数坐标说明

a．坐标系约定

X方向为沿横梁方向，X零点为码头前沿。 Y方向为沿码头前沿方向，Y零点为横梁轴线。

Z方向为竖向方向， Z零点为高程零点，Z的值代表高程。

b．作用效应值的正负号说明：

轴力：受拉为负、受压为正。

弯矩：弯矩图画在受拉一侧，横梁上部受拉为负，下部受拉为正。 应力：受拉为负、受压为正。

c．参数采用的量纲：

长度单位采用m，力采用kN，其它衍生的量纲以此为标准（特殊说明的除外）。

1.3 计算方法说明

a．荷载计算

1、施工期永久荷载包含：上横梁自重 + 纵梁自重 + 面板自重 + 靠船构件自重

2、机械自动在轨道上滚动一遍得到支座的反力，然后将支座的反力

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最大值作为集中力反加到横梁上。

3、面板上均载按照面板的长宽比自动按照单向板或双向板方式进行传递到横梁和纵梁，集中力按照简支梁传递

4、由于船舶力产生的横梁端部弯矩、竖向力传递到横梁时将被乘以分配系数

6、程序不考虑超出横梁右侧的竖向荷载 7、双向板上的集中力荷载先传递到纵梁

8、计算时桩单元顶点取与横梁底部或桩帽底部的交点

b．结构内力计算

计算中将结构简化为平面刚架，采用杆系有限单元法进行求解；桩顶与横梁形心采用刚性连接

9、计算中对横梁桩帽附近的包络值不进行削峰

c．效应组合作用 d．效应组合计算

承载能力极限状态持久状况作用效应的持久组合采用下列公式计算：

承载能力极限状态短暂组合采用下列公式计算：

注：rQj 是第j个可变最用分项系数，按照分项系数表中所列值减小0.1；

承载能力极限状态偶然组合采用下列公式计算：

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注：偶然作用的分项系数取1.0，与偶然作用同时出现的可变作用取标准值；

承载能力极限状态地震组合采用下列公式计算：

注：地震作用的分项系数取1.0，参考《水运工程抗震设计规范》执行；

正常使用极限状态持久状况作用效应的标准组合采用下列公式计算：

注：式中可变作用组合系数Ψ0 取 0.7；

正常使用极限状态持久状况作用效应的频遇组合采用下列公式计算：

注：式中频遇值系数Ψ1 取 0.7；

正常使用极限状态持久状况准永久组合采用下列公式计算：

注：式中准永久值系数Ψ2 取 0.6；

正常使用极限状态短暂状况效应组合采用下列公式计算：

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1．施工期组合作用用途：

正常使用极限状态持久状况的频遇组合用途：预应力梁截面抗裂验算；梁截面裂缝宽度计算；预应力桩截面抗裂验算；桩截面裂缝宽度计算 2．使用期组合作用用途

正常使用极限状态持久状况的标准组合用途：预应力梁截面抗裂验算；预应力桩截面抗裂验算

2. 码头总体设计

2.1码头泊位长度确定

根据《海港总平面设计规范JTJ291-98》的有关规定：

4.3.6：码头泊位长度，应满足船舶安全靠离作业和系缆的要求。对有掩护港口的码头，其单个泊位长度可按下式确定：

Lb?L?2d

式中 :

Lb?码头泊位长度（m）L?设计船长（m）d?富裕长度（m）,采用表4-1 中的数值表4-1 富裕长度d

L(m) d(m)

拟建码头是多泊位连续布置中首先建设的码头，其长度按单泊位计算。富裕长度d根据船长L=86m，按规定取13.51m，所以泊位长度为113.02m。

<40 5 41~85 8~10 86~150 12~15 151~200 18~20 201~230 22~25 >230 30

2.2码头桩台宽度确定

①结构宽度：码头结构总宽度主要取决于岸坡的稳定性和挡土结构位置。由

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于在上海天津一带，岸坡开挖坡度多取1:2.5，所以此处假定开挖岸坡坡度为1:2.5；挡土结构采用重力式挡土墙，再结合平面布置中确定的码头前沿底高程 -5.25m，和码头面高程4.0m，在地形的横断面图中可确定码头结构的总宽度约为22m。其中，前方桩台宽14.5m，主要用于装卸桥的布置；后方桩台宽7.48m，主要起连接作用；前方桩台与后方桩台，后方桩台与挡土结构之间的变形缝间距为2cm。

②结构沿码头长度方向的分段：为避免在结构中产生过大的湿度应力和沉降应力，沿码头长度方向隔一定距离应设置变形缝。从结构沿码头长度可分为2段，每段长56.5m，每个结构段的两端做成悬臂式上部结构，桩台沿长度方向在端部得悬臂段取1.25m、沿宽度方向在端部的悬臂段取2m。由于根据设计要求整个码头沿变形缝分为两个桩台，两个桩台的受力方式基本相同，所以计算时只算一个桩台。

两个桩台间采用凹凸缝连接形式。

2.3 码头高程和桩台高度

①码头顶高程：取码头面高程为4.0m。 ②码头前设计底高程：取-5.25m。

③桩台高度：根据横纵梁、桩帽及面板、面层的高度确定桩台高度，此处采用现浇倒T型梁，因此根据横纵梁、面板、面层的高度可初步拟定桩台高度为3m。

④桩顶的高程：规定桩顶高程取施工水位，施工水位建议取1m，综合考虑码头顶面高程及桩台高度，桩顶的高程取为1.3m，由于桩插入桩帽0.3m，因取桩帽底高程1m。

2.4 桩基设计与布置

由《港口水工建筑物》中桩基布置原则：○1应能充分发挥桩基承载力，且使同一桩台下的各桩受力尽量均匀，使码头的沉降和不均匀沉降较小；○2应使整个

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码头工程的建设比较经济；○3应考虑桩基施工的可能与方便。

根据规范拟定：

前门机梁下设置双直桩，后门机梁下设置叉桩，叉桩倾斜度为3:1在双直桩和叉桩之间设置一根直桩。排架中桩距取3.5m，两端悬臂部分取2m。

沿码头长度方向排架等间距布置，间距取6m，两端悬臂部分均取1.25m。 桩基为600mm*600mm预应力钢筋混凝土空心方桩，边长为0.6m，空心圆直径0.3m。

图1-1 码头断面图

图1-2 桩型图

2.5 靠船构件参数

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沿码头前沿方向宽度(m)=1；靠船构件底部高程(m)=1.95；B1(m)=0.6；B2(m)=0.4；H1(m)=1.95；H2(m)=0.4

3 面板尺寸设计

3.1 面板形式

面板采用叠合板形式，预制部分为20cm,现浇部分为18cm。 采用面板与面层一起浇筑：面层厚度取2cm。

3.2 板的搁置形式与搁置长度

根据《港口水工建筑物》表4-2-2，

构件搁置长度

构件名称 简支板 搁置长度（cm）

采用装配式整体板，面板搁置长度取15mm。

20 板 装配式整体板 15 20 20 装配式纵梁 装配式横梁 3.3 梁格布置

根据《高桩码头设计与施工规范JTJ291-98》中4.2.2的有关规定：两边支承两边自由的板可按单向板计算。四边支承板长边与短边的计算跨度之比大于或等于2时可按单向板计算，长边与短边的计算跨度之比小于2时可按双向板计算。

前桩台的横向排架间距是6m,横向排架中的桩距是3.5m，两者之比小于2，按双向板计算；面板是两边支承在横梁上，两边支承在纵梁上，因此此处面板为双向板。其自重及作用在板

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上面的均布荷载通过如图2-1所示传给纵、横粱。

图2-1 面板荷载传递图 其中q?0.2?24?0.2?25?9.8kPa l0?3.5m

4. 纵梁设计与计算

4.1轨道梁计算

4.1.1 断面设计

根据《港口水工建筑物》可知纵梁的断面形式有矩形、花篮形（含半花篮形）和?形。由于此处拟定将纵梁搁置在横梁上，纵梁采用矩形断面。

纵梁的高度应根据受力计算确定，而宽度主要由剪力计算确定。

又根据一般规定可知纵梁的高度一般为90-120cm，宽度一般为30-50cm，此处拟定纵梁为花篮形断面，宽度40cm，高度100cm。详见图3-1。

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图3-1 纵梁截面

4.1.2 计算跨度

本设计将纵梁设计为刚性支承连续梁，根据《港口水工建筑物（第二版）》中表4-4-4中规定，刚性支承连续梁的计算跨度如下： 弯矩计算中：

当B2?0.05l时，l0?l ； 当B2?0.05l时，l0?1.05ln 。 式中：l ——横梁（或桩帽）中心距（m）； B2 ——纵梁支座（横梁或桩帽）宽度（m） 剪力计算：l0?ln

式中： l0?计算跨度（m)；

ln?净跨（m)。

此处： 其中B2?0.2m，l?6m,B2?0.05l?0.3m；

ln?6?0.4?5.6m

则：弯矩计算中：l0?l?6m

剪力计算中：l0?ln?6?0.4?5.6m

4.1.3 计算荷载

1） 永久荷载 a 纵梁自重：

25?0.4?1?1?10kN/m

b 面板支座力：

图3-1-3-1 面板自重传给轨道梁的力

一块面板传给一根纵梁的力：(2.5?6)?面板的支座力；

3.5?0.5?9.8?72.8875kN 21?72.8875?36.44kN 2对于一般纵梁，承受两块板的重力，所以其面板支座力为72.8875kN，而轨道梁承受一块板

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的重力，所以其面板支座力为36.44kN。

2） 可变荷载

c 堆货荷载通过面板的支座力：

图3-1-3-2 散货荷载传给轨道梁的力

轨道梁承受的通过面板传递的堆货荷载的支座力：

(2.5?6)?3.51?0.5?50??185.94kN 22d 门机荷载：

根据设计资料可知门机类型为Mh?4?25,轨距为10.5m，支腿纵距为10.5m，每只腿有4个轮子，轮压：海侧轨250kN/轮，陆侧轨250kN/轮。

图3.3 门机荷载计算简图

3） 荷载组合：a+b+c+d

4.1.4 内力计算结果

a 承载能力极限状态持久组合

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b 正常使用极限状态持久状况的标准组合

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4.2．一般纵梁计算

4.2.1断面设计

与轨道梁相同，矩形断面，宽度40cm，高度100cm。

4.2.2计算跨度

与轨道梁相同，即： 弯矩计算：l0?l?6m

剪力计算：l0?ln?6?0.4?5.6m

4.2.3计算荷载

1） 永久荷载

a 纵梁自重：25?0.4?1?1?10kN/m b 面板支座力：

图3-2-3-1 面板自重传给轨道梁的力

一块面板传给一根纵梁的力：(2.5?6)?面板的支座力；

3.5?0.5?9.8?72.8875kN 21?72.8875?36.44kN 2对于一般纵梁，承受两块板的重力，所以其面板支座力为72.8875kN，而轨道梁承受一块板的重力，所以其面板支座力为36.44kN。

2） 可变荷载

c 堆货荷载通过面板的支座力：

普通纵梁承受的通过面板传递的堆货荷载的支座力：

(2.5?6)?3.51?0.5?50??2?371.875kN 223） 荷载组合：a+b+c 承载能力极限状态持久组合 组合:永久荷载+散货荷载1

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正常使用极限状态持久状况的标准组合

组合:永久荷载+散货荷载1

4.2.4内力计算结果

承载能力极限状态持久组合

组合1:永久荷载+散货荷载1

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正常使用极限状态持久状况的标准组合

组合1:永久荷载+散货荷载1

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5 横梁的设计与计算

5.1 断面设计

根据《港口水工建筑物》第四章高桩码头第二节可知横梁的横断面形式一般矩形、倒

T形、花篮形和倒梯形四种，其中前三种主要用于前方桩台的横梁。

此处拟定的纵梁为花篮形且将搁置在横梁上，因此拟定横梁断面形式为倒T形。结构采用部分预制部分现浇的形式，预制部分搁置长度按表4-2-2，选取20cm，中间部分现浇。

桩帽参数确定：

根据《高桩码头设计与施工规范》JTS167-1-2010 4.4.1.中有关规定，桩帽外包最小宽度，截面小于或等于600mm×600mm的方桩取150mm。桩帽高度不宜小于0.5倍桩帽宽度，且不得小于600mm。

所以，桩帽选用类型1,桩帽高度0.9m，双直桩和叉桩上桩帽宽度1.8m，普通纵梁下桩帽宽1m。

根据《港口水工建筑物》第四章高桩码头第二节可知横梁的宽度根据计算确定，并应考虑纵梁或板的搁置长度等构造要求，现浇混凝土横梁尚应考虑打桩偏位的影响，倒T型横梁的上横梁宽约为35-45cm，高度一般为80-150cm。下横梁宽度一般为90-120cm，高度一般为60-80cm。

故本设计拟定倒T形梁断面尺寸为：下横梁高70cm，宽120cm；上横梁高100cm，宽40cm。

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B=1.2 H=1.7 b1=0.4 h1=0.7

5.2 计算跨度

高桩码头的结构分段是一个空间整体结构。按空间结构进行计算的方法尚在发展中，但由于本设计采用的是板梁式高桩码头，它的结构布置和受荷条件各排架（边排架除外）基本上是相同的，可按纵向和横向两个平面进行结构内力计算。

故本设计取一个横向排架作为计算单元，计算跨度等于横向排架的跨度即为14.5m。

5.3 计算荷载

1） 永久荷载

a 横梁自重：25?(0.4?1?0.7?1.2)?31kN/m b 面板自重—横梁 一块面板的支座力：

13.5?3.5??9.8?30kN 221?72.8875?36.44kN 2c 面板自重—纵梁—横梁：

一块面板通过纵梁传到一根横梁上的支座力：

d 纵梁自重—横梁：25?0.4?1?6?2?30kN

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4-3-1 边上横梁受力图

4-3-2 中间横梁受力图

2） 可变荷载

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13.5?50??3.5?153.125kN/m 223.51?0.5?50??185.94kN f 堆货荷载－纵梁－横梁：(2.5?6)?22e 堆货荷载－横梁：

g 门机滚动荷载－轨道梁－横梁

4-3-3 边上横梁堆货荷载

4-3-4 中间横梁堆货荷载

h 船舶撞击力：R=300KN，作用在设计低水位附近，设计低水位标高为0.2m。

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i 船舶系缆力：N=170KN,作用在轨顶面以上0.2m,即4.2m处，距离边缘0.5m。

3） 作用组合 a+b+c+d+e+f+g+i a+b+c+d+e+f+g+h

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6 作用效应总组合

6.1 施工期每种组合类型下的作用效应包络值

a．承载能力极限状态短暂状况作用效应的短暂组合

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b．正常使用极限状态持久状况的频遇组合 横梁端部位移：Min=-.06(mm)，Max=0(mm)

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6.2 使用期每种组合类型下的作用效应包络值

a．承载能力极限状态持久状况作用效应的持久组合

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b．正常使用极限状态持久状况的标准组合 横梁端部位移：Min=-.28(mm)，Max=.7(mm)

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5.3 横梁包络值汇总

承载能力极限状态计算结果

组合 持久组合 短暂组合 偶然组合 地震组合 汇总 弯矩Min(kNm) -906.4335 -208.65 0 0 -906.4335 弯矩Max(kNm) 1077.15 73.51225 0 0 1077.15 剪力Min(kN) -991.9275 -140.348 0 0 -991.9275 剪力Max(kN) 1009.4 132.652 0 0 1009.4

正常使用极限状态计算结果

组合 弯矩Min(kNm) 持久状况的作用效应标准组合 持久状况的作用效应频遇组合 持久状况的作用效应频遇准永久组合 短暂状况的作用效应组合 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -160.5 56.54789 -107.96 102.04 -.61 0 -604.289 弯矩Max(kNm) 729.4389 剪力Min(kN) -668.885 剪力Max(kN) 689.7109 竖向位移Min(mm) -1.508 竖向位移Max(mm) 0

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8 单桩承载力验算

单桩抗压极限承载力(已经考虑桩的重量,轴力为桩顶轴力)(1根桩不满足)

桩号 1 2 3 4 5 6 桩顶轴压力(kN) 1213.53 1062.69 1686.59 1741.88 1181.51 1318.43 单桩抗压极限承载力(kN) 17454.79 17454.79 17454.79 17454.79 13086.26 13086.26 抗压是否满足 是 是 是 是 是 是

单桩抗拉极限承载力(已经考虑桩的重量,轴力为桩顶轴力)(0根桩不满足)

桩号 1 2 3 4 5 6 桩顶轴拉力(kN) 0 0 0 0 0 0

单桩抗拉极限承载力(kN) 12356.35 12356.35 12356.35 12356.35 9291.26 9291.26 抗拉是否满足 是 是 是 是 是 是

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