上海港高樁梁板式集裝箱碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工組織設(shè)計(jì).docx

上海港2號(hào)碼頭工程設(shè)計(jì)TheEngineeringdesignoftheNo.2dockofShanghaiport摘要上海港2號(hào)碼頭畢業(yè)設(shè)計(jì)主要以碼頭主要尺度確定、平面布置、結(jié)構(gòu)選型、碼頭主要結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算和碼頭整體穩(wěn)定性驗(yàn)算為主要內(nèi)容。通過查閱相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)、書籍、系列規(guī)范和參考已經(jīng)修建工程設(shè)計(jì)資料進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型、碼頭型式確定。工程依據(jù)資料選取了高樁碼頭為設(shè)計(jì)方向。高樁碼頭不僅符合本次設(shè)計(jì)的工程條件，而且是常見的碼頭結(jié)構(gòu)型式，在長江流域多采用這種形式。同時(shí)，高樁碼頭對(duì)以后碼頭向深海方向發(fā)展研究有很多幫助。確定主要方向之后便進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，包括船舶作用力、面板計(jì)算、縱梁設(shè)計(jì)、橫梁設(shè)計(jì)、樁基驗(yàn)算、靠船構(gòu)件計(jì)算和碼頭整體穩(wěn)定性計(jì)算等內(nèi)容，其中部分內(nèi)容運(yùn)用相關(guān)軟件如易工軟件進(jìn)行計(jì)算或驗(yàn)算。通過對(duì)碼頭主要構(gòu)件的選型以及計(jì)算，以熟悉高樁碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和高樁碼頭優(yōu)缺點(diǎn)，為以后工作、學(xué)習(xí)做扎實(shí)鋪墊。此次設(shè)計(jì)順利完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，最后繪制了碼頭平面布置圖、碼頭主要結(jié)構(gòu)施工圖、指定構(gòu)件的配筋圖。關(guān)鍵字：高樁碼頭；縱梁；橫向排架；大直徑管樁IAbstractTheengineeringdesignoftheNo.2dockofshanghaiportmainlydeterminesthemajorscale,layout,structure,selection,thedesigncalculationsofthemainstructureandcomponentsofportandtheoverallstabilitycalculation.Throughaccessingtorelevantdesignmanuals,books,familynormsandreferencedatasthathasbeenconstructedforstructuralengineeringdesign,wecanworkoutthepropertypefortheterminal.Projectswereselectedbasedondataforthedesigndirectionofhigh-pilewharf.High-pilepierisnotonlyproperfortheconditionsofthisdesignproject,andisacommonterminalstructuretype,intheYangtzeRiverarea.Meanwhile,thehigh-pilepiercanrenderaserviceinthefiledofdeepseaterminalinthefuture.Afterhavingdeterminedthemaindirectionofprojectdesign,wecancalculatemostpartsincludingtheshipforce,panelcalculation,longitudinalbeamdesign,beamdesign,pilefoundationchecking,calculationandtheterminalbyshipcomponentsandtheoverallstability.Partofthecalculationofcontent,wecanmakeuseofthework-relatedsoftwaresuchasEasysoftwareforcalculationorcheckingcalculation.Throughtheselectionandcalculationofthemaincomponentsoftheterminal,wecanbecomefamiliarwithhigh-pilewharfandwithhigh-pilewharfadvantagesanddisadvantages,astomakeafoundationforfutureworkandstudy.Wesucceedinfinishingthedesigntask,andfinallydrawtheterminalfloorplan,themainstructureofterminalconstructionplans,specifyingcomponentsofreinforcementplan.Keywords:High-pilepier;longeron;transverse;largediameterpileII目錄第一章緒論.11.1中國港口發(fā)展歷史及現(xiàn)狀.11.2高樁碼頭的優(yōu)點(diǎn)及存在的問題.21.3高樁碼頭在工程中的一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn).31.4高樁碼頭今后的設(shè)計(jì)施工方向.31.5上海港歷史發(fā)展及其現(xiàn)狀.41.6地理位置及航運(yùn)條件.51.7上海港舊碼頭改造主要研究內(nèi)容.6第二章總工程概況.72.1營運(yùn)資料.72.1.1貨運(yùn)任務(wù).72.1.2船舶資料.72.1.3建筑物的結(jié)構(gòu)等級(jí).72.2自然條件.72.2.1設(shè)計(jì)水位.72.2.2水文.72.2.3氣象.82.2.4地形地質(zhì).82.3平面布置以及工藝設(shè)計(jì).92.3.1總體布局.92.3.2碼頭泊位確定.92.3.3平面布置.102.3.4施工條件以及設(shè)備材料供應(yīng).122.3.5平面布置簡圖.12第三章結(jié)構(gòu)選型.133.1結(jié)構(gòu)選型及方案設(shè)計(jì).133.2高樁碼頭的結(jié)構(gòu)形式.15III3.3碼頭尺寸擬取.16第四章碼頭荷載計(jì)算.174.1永久作用.174.2起重機(jī)械和運(yùn)輸機(jī)械荷載.174.2.1門機(jī)荷載.174.2.2流動(dòng)機(jī)械.174.3船舶荷載.184.3.1作用在船舶上的風(fēng)荷載.184.3.2作用在船舶上的水流力.184.3.3系纜力.204.3.4撞擊力.214.3.5擠靠力.22第五章面板計(jì)算.245.1計(jì)算原則.245.2計(jì)算跨度.255.3作用計(jì)算.265.4作用效應(yīng)分析.275.4.1短暫狀況（施工期）.275.4.2持久狀況(使用期).285.5作用效應(yīng)組合.305.5.1承載能力極限狀態(tài)的作用效應(yīng)組合.305.5.2正常使用極限狀態(tài)的作用效應(yīng)組合.315.6配筋計(jì)算.325.7面板彎矩作用的裂縫驗(yàn)算.34第六章縱梁計(jì)算.366.1縱梁斷面尺寸.366.2計(jì)算跨度選取.376.2.1簡支梁.37IV6.2.2連續(xù)梁.376.3作用.386.3.1永久作用.386.3.2可變作用.386.3.3作用效應(yīng)分析.396.4內(nèi)力計(jì)算.406.4.1施工期.406.4.2使用期.416.5計(jì)算示例.436.5.1計(jì)算圖式.436.5.2彎矩計(jì)算.436.5.3剪力計(jì)算.466.6作用效應(yīng)組合.496.6.1組合形式.496.6.2門機(jī)軌道梁計(jì)算結(jié)果.506.6.3連系縱梁計(jì)算結(jié)果.556.7縱梁配筋.586.7.1門機(jī)軌道梁.586.7.2連系梁.596.8裂縫寬度驗(yàn)算.616.8.1門機(jī)軌道梁.616.8.2連系梁.61第七章橫梁計(jì)算.637.1工程基本信息.637.2組合信息.637.3橫梁荷載計(jì)算.647.4配筋計(jì)算.727.4.1正截面承載力計(jì)算.727.4.2斜截面承載力計(jì)算.73V7.5裂縫寬度驗(yàn)算.747.5.1跨中抗裂驗(yàn)算.747.5.2支座抗裂驗(yàn)算.74第八章樁基計(jì)算.758.1概述.758.2樁軸力計(jì)算表.758.3樁截面配筋驗(yàn)算.78第九章樁帽配筋計(jì)算.809.1縱向樁帽配筋計(jì)算.809.1.1受彎配筋.809.1.2受剪配筋.819.2橫向樁帽配筋計(jì)算.819.2.1受彎配筋.819.2.2受剪配筋.82第十章靠船構(gòu)件的計(jì)算.8410.1概述.8410.2靠船構(gòu)件斷面形式.8410.3靠船構(gòu)件的計(jì)算.8410.4靠船構(gòu)件的配筋計(jì)算.8610.5靠船構(gòu)件彎矩作用裂縫寬度驗(yàn)算.87第十一章岸坡穩(wěn)定計(jì)算.8911.1計(jì)算原則.8911.2穩(wěn)定驗(yàn)算.89結(jié)語.91致謝.92參考文獻(xiàn).93VI第一章緒論1.1中國港口發(fā)展歷史及現(xiàn)狀鑒于港口發(fā)展對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要性，解放以來，特別是改革開放以來，我國港口在建設(shè)、運(yùn)營、管理等各方面都取得了令世界矚目的巨大成就?；仡欉^去，我國港口先后經(jīng)歷了5個(gè)不同的發(fā)展時(shí)期。第一階段是恢復(fù)發(fā)展階段。這一時(shí)期是建國初期的20世紀(jì)50年代到70年代初，由于戰(zhàn)爭使港口設(shè)施受到嚴(yán)重破壞，主要對(duì)港口進(jìn)行恢復(fù)和重建。全國港口完成生產(chǎn)資料所有制改造，建立了集中統(tǒng)一、分級(jí)管理、政企合一的水運(yùn)管理體制，由國家為主導(dǎo)有計(jì)劃、有重點(diǎn)地建設(shè)和管理港口，使中國港口獲得了新生。港口吞吐量從建國之初的1000萬噸，到70年代初首次突破1億噸。第二階段是起步發(fā)展階段。這一時(shí)期是20世紀(jì)70年代初到70年代末，這一階段以大力建設(shè)新碼頭、努力提高港口吞吐能力為主要特征。當(dāng)時(shí)，我國對(duì)外關(guān)系取得重大突破，對(duì)外貿(mào)易迅速擴(kuò)大，外貿(mào)海運(yùn)量猛增，沿海港口貨物通過能力不足，港口的船舶壓港、壓貨、壓車情況日趨嚴(yán)重。在這樣的形勢下，周恩來總理于1973年初發(fā)出了三年改變港口面貌的號(hào)召，開始了建國后的第一次港口建設(shè)高潮，到1978年港口新增吞吐能力1億多噸，吞吐量達(dá)到近3億噸，成為中國港口發(fā)展史上的重要里程碑。第三階段是快速發(fā)展階段。這一時(shí)期從20世紀(jì)80年代到90年代。這一階段的特點(diǎn)積極發(fā)展港口主樞紐、建設(shè)專業(yè)化深水泊位、改革港口管理體制等。隨著改革開放政策的實(shí)施，特別是沿海14個(gè)城市和5個(gè)經(jīng)濟(jì)特區(qū)的開放，國民經(jīng)濟(jì)迅速增長，交通部提出了三主一支持交通發(fā)展長遠(yuǎn)規(guī)劃，我國迎來了第二次港口建設(shè)熱潮。1996年黨中央、國務(wù)院提出了建設(shè)上海國際航運(yùn)中心的戰(zhàn)略目標(biāo)。在第三階段全國新增吞吐能力6億噸,是第二階段的6倍,港口吞吐量達(dá)到22億噸,中國港口在20世紀(jì)最后20年間實(shí)現(xiàn)了歷史性跨越，譜寫了中國港口發(fā)展史上的輝煌篇章。第四階段是我國港口能力和水平全面提升的階段。進(jìn)入新世紀(jì)，中國港口邁進(jìn)了新的發(fā)展階段。2001年11月，我國正式加入世界貿(mào)易組織，啟動(dòng)了新一輪港口管理體制改革，2003年港口法頒布實(shí)施，2006年全國沿海港口布局規(guī)劃出臺(tái)，形成了第三輪港口建設(shè)高潮。進(jìn)一步完善港口布局，優(yōu)化港口結(jié)構(gòu)，努力建設(shè)港口強(qiáng)1國，全面開創(chuàng)港口發(fā)展新局面，成為這一階段的主旋律。從2001年到2008年,我國港口貨物吞吐量從28億噸達(dá)到70億噸,集裝箱吞吐量從3700萬箱到2007年1.2億箱，實(shí)現(xiàn)了從千萬箱到億箱的大跨越?，F(xiàn)我國港口碼頭業(yè)有著巨大的發(fā)展前景。從2006年到2010年的5年間，中國將新增港口吞吐能力80以上；到2010年底，我國港口年吞吐量將達(dá)到61億噸，集裝箱吞吐量將達(dá)到1.2億至1.4億標(biāo)箱，港口崛起正是中國經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的一個(gè)縮影。與此同時(shí)，我國港城互動(dòng)發(fā)展正進(jìn)入黃金發(fā)展期.經(jīng)濟(jì)全球化使港城經(jīng)濟(jì)互動(dòng)進(jìn)入新的發(fā)展階段，港口的發(fā)展有效支撐著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長；同時(shí)我國經(jīng)濟(jì)的規(guī)?；l(fā)展有力促進(jìn)了港口的現(xiàn)代化發(fā)展。我國已經(jīng)基本建立了主要港口、地區(qū)性重要港口和其他一般港口三個(gè)層次的港口，在長江三角洲、珠江三角洲、環(huán)渤海灣、東南沿海、西南沿海五大區(qū)域形成了規(guī)模龐大并相對(duì)集中的港口群。在長江、珠江、黑龍江、淮河水系和京杭運(yùn)河形成了綿延的沿岸港口帶。以集裝箱、煤炭、礦石、油品、糧食五大貨種和客運(yùn)為重點(diǎn)，構(gòu)架了具有我國特色的水路客貨港口運(yùn)輸裝卸系統(tǒng)。內(nèi)河主要港口面貌有較大改觀。三峽庫區(qū)碼頭淹沒復(fù)建工程全部完成，在長江、西江干線和長三角、珠三角地區(qū)建成了一批集裝箱、大宗散貨和汽車滾裝等專業(yè)化泊位，港口機(jī)械化和專業(yè)化水平不斷提高。在中國經(jīng)濟(jì)強(qiáng)力發(fā)展的今天，港口作為其獨(dú)特的貢獻(xiàn)體一定會(huì)蓬勃發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出有力貢獻(xiàn)。高樁碼頭是應(yīng)用廣泛的主要碼頭結(jié)構(gòu)型式，因此在我國的地位也越來越重要。1958年起，上海港的碼頭建設(shè)開始以高樁板梁結(jié)構(gòu)代替框架結(jié)構(gòu)，這是上海港碼頭結(jié)構(gòu)的重大進(jìn)步。與此同時(shí)，上海市筑港工程局開始對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件制造技術(shù)進(jìn)行研究。60年代，這一技術(shù)發(fā)展成熟，70年代開始得到廣泛應(yīng)用。1970年起，三航局科技人員又對(duì)碼頭上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行多次改革，將原現(xiàn)澆橫梁改為預(yù)制，用預(yù)制空心大板代替縱梁和面板，使萬噸級(jí)大型深水碼頭及中小型碼頭的預(yù)制裝配程度提高至80%左右，節(jié)約了三大主材（鋼材、水泥、木材），從而速度加快，工程質(zhì)量得到提高，并形成以高樁碼頭為主要結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)通用圖。1.2高樁碼頭的優(yōu)點(diǎn)及存在的問題高樁碼頭是在軟弱地基上修建的一種主要結(jié)構(gòu)型式，其工作特點(diǎn)是通過樁臺(tái)將作用在碼頭上的荷載經(jīng)樁基傳給地基。高樁碼頭適宜做成透空結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)輕，減弱波浪的效果好，沙石料用量省，對(duì)于挖泥超深的適應(yīng)性強(qiáng)。高樁碼頭適用于可以沉樁的2各種地基，特別適用于軟土地基。在巖基上有適當(dāng)厚度的覆蓋層也可采用樁基礎(chǔ)。對(duì)于長江一帶的地區(qū)，高樁碼頭是應(yīng)用最廣最多的碼頭型式之一。但是建筑物的耐久性較其他型式差，其中鋼筋銹蝕是導(dǎo)致其可靠性降低，使用壽命短的主要原因。而在不同的環(huán)境下原因并不相同，防治措施也在進(jìn)一步的探索中。高樁碼頭構(gòu)件易損壞且不易修復(fù)；抗震性能較差。其中梁板式構(gòu)件數(shù)量類型多，施工麻煩，不易水汽排除，鋼筋易銹蝕。高樁在季節(jié)和溫度的變化影響下碼頭結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生不同程度的變形以及碼頭與岸坡變形的相互關(guān)系都是高樁碼頭要注意的1.3高樁碼頭在工程中的一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)地質(zhì)條件不夠清楚，缺乏試樁驗(yàn)證，相似地質(zhì)條件沉樁經(jīng)驗(yàn)不足，造成設(shè)計(jì)樁長過大，工程實(shí)施中大量截樁，造成較大的浪費(fèi)。樁基結(jié)構(gòu)承受長期水平力，受制于沉樁能力，樁的抗拔、抗壓的承載能力不足，如湛江老碼頭工程，上部結(jié)構(gòu)直接承受土壓力，樁基先水沖沉樁后錘擊，造成在使用期結(jié)構(gòu)不斷位移、開裂，嚴(yán)重影響碼頭正常使用及其耐久性。負(fù)摩擦對(duì)樁基碼頭的不利影響，如上海港早期建成的部分碼頭，由于樁基入土深度比較小，碼頭后方回填比較大，造成堆場比較大的沉降，從而給碼頭樁基帶來負(fù)摩擦力，造成樁基沉降、上部結(jié)構(gòu)開裂和位移，影響碼頭的使用及耐久性，最常見的是指向碼頭的后方的斜樁或緊鄰擋土結(jié)構(gòu)的直樁開裂或樁帽開裂。地基處理不當(dāng)，造成邊坡的穩(wěn)定性不足，引起樁基損壞。最常見的是辯駁位移后造成上部結(jié)構(gòu)開裂，嚴(yán)重情況下邊坡失穩(wěn)滑動(dòng)，造成樁基損壞。樁基質(zhì)量不穩(wěn)定，造成預(yù)應(yīng)力方樁膠囊偏心，局部混凝土強(qiáng)度不足，沉樁設(shè)備工作狀態(tài)不穩(wěn)定，出現(xiàn)偏心錘擊或水錘錘擊原因?qū)е鲁翗哆^程中出現(xiàn)斷樁、樁基局部破壞等情況。在窄短的受力平臺(tái)段，特別是結(jié)構(gòu)端部，沒有設(shè)置縱向叉樁，橫向叉樁的平面扭角布置又不合理，造成碼頭縱向剛度太小，位移過大。由于混凝土強(qiáng)度密實(shí)性不足、鋼筋保護(hù)層太小、接頭混凝土質(zhì)量差等原因，在海水環(huán)境下，混凝土過早開裂破壞，結(jié)構(gòu)使用年限達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。1.4高樁碼頭今后的設(shè)計(jì)施工方向隨著港口工程設(shè)計(jì)、施工系列規(guī)范的不斷完善和設(shè)計(jì)手段的提高，高樁碼頭的結(jié)3構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)比較成熟。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以采用簡化平面設(shè)計(jì)方法也可以采用空間有限元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，考慮的因素比較全面，計(jì)算精度也越來越高，與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相配套的荷載、水文、材料、施工、檢驗(yàn)和驗(yàn)收、測試等規(guī)范和規(guī)程也比較配套和完善。盡管設(shè)計(jì)已經(jīng)非常成熟但是在結(jié)合近幾年國內(nèi)大碼頭的工程實(shí)例，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方面仍存在以下問題：樁基和土的作用比較復(fù)雜，如樁基負(fù)摩擦力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響問題，要在理論上解決還存在較大的難度，目前一般以實(shí)驗(yàn)和原型觀測為解決手段；由于海工混凝土和鋼結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境比較惡劣，腐蝕作用比較強(qiáng)，一些結(jié)構(gòu)過早的損壞，目前一般采用高性能的混凝土、混凝土涂層、環(huán)氧涂層鋼筋等防腐措施。如何提高混凝土的耐久性和使用壽命是設(shè)計(jì)和科研面臨的重要問題；最近幾年船舶運(yùn)輸?shù)拇笮突l(fā)展趨勢迅猛，推動(dòng)了港口向深水化發(fā)展。如何解決碼頭向深水大浪區(qū)域發(fā)展也是值得研究的方向：高樁碼頭在施工過程中容易發(fā)生結(jié)構(gòu)位移，碼頭橫向水平位移產(chǎn)生的原因、預(yù)防措施和沉降控制也是今后設(shè)計(jì)、施工中要解決的重要問題之一。本次工程設(shè)計(jì)為上海港2號(hào)碼頭工程設(shè)計(jì)經(jīng)過比選決定采用高樁碼頭梁板式結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)采用簡化平面設(shè)計(jì)的方法，大部分計(jì)算如面板、縱、橫梁等采用手酸或者EXCEL計(jì)算，樁力部分和邊坡穩(wěn)定等部分計(jì)劃采用軟件計(jì)算。由于上海港處于河口地區(qū)受潮汐影響，腐蝕比較嚴(yán)重，所以文中將會(huì)對(duì)防腐措施著重講述；同時(shí)上海地基較多為軟土地基還伴有淤泥質(zhì)地基所以對(duì)地基的處理以及樁基的穩(wěn)定將會(huì)著重考慮。鑒于上海港部分碼頭受到負(fù)摩擦力的影響文中也將會(huì)對(duì)此進(jìn)行初步探討。1.5上海港歷史發(fā)展及其現(xiàn)狀20世紀(jì)初，黃浦河道局對(duì)吳淞口和黃浦江的局部河段進(jìn)行了整治和疏浚，萬噸級(jí)船舶可以乘潮進(jìn)入黃浦江，適應(yīng)了當(dāng)時(shí)船型發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。20世紀(jì)30年代，上海港已經(jīng)成為遠(yuǎn)東航運(yùn)中心，年貨物吞吐量一度高達(dá)1400萬噸；船舶進(jìn)口噸位居世界第七位，上海成為世界上重要的港口城市。1949年5月上海解放，上海港的歷史從此揭開了新的一頁。經(jīng)過解放初的三年恢復(fù)期，70年代大建港和黨的十一屆三中全會(huì)以后的建設(shè)，上海港有了很大的發(fā)展。特別是改革開放以來，上海港在上海市政府和交通部支持下，在黃浦江內(nèi)新建了張華浜、軍工路、共青、朱家門、龍吳五個(gè)港區(qū)，在長江口南岸建了寶山、羅涇和外高橋港區(qū)。此外，寶鋼集團(tuán)、石洞口電廠、外高橋電廠等也各自建了專用碼頭，上海港吞4吐能力不斷擴(kuò)大，對(duì)上海市的建設(shè)和長江流域以及全國經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了重要的促進(jìn)作用。1995年12月，黨中央、國務(wù)院作出了建設(shè)上海國際航運(yùn)中心的戰(zhàn)略決策。并開始進(jìn)行長江深水航道治理工程。2005年12月10日，洋山深水港區(qū)一期工程建成投產(chǎn)，洋山保稅港區(qū)同時(shí)啟用，標(biāo)志著上海國際航運(yùn)中心建設(shè)取得重要的階段