高樁碼頭2jky.

1、第四節(jié) 板梁式高樁碼頭的計算高樁碼頭結構上的作用效應應按極限狀態(tài)和設計狀況進行組合。高樁碼頭的4種設計狀況：持久狀況、短暫狀況、偶然狀況和地震狀況。 按承載能力極限狀態(tài)設計的有： 結構的整體穩(wěn)定、岸坡穩(wěn)定、擋土結構抗傾和抗滑移等; 構件的受彎、受剪、受沖切、受壓、受拉和受扭等; 樁和柱的壓屈穩(wěn)定; 樁的承載力等。按正常使用極限狀態(tài)設計的有: 混凝土構件的抗裂或限裂; 裝卸機械有控制變形要求時梁的撓度; 碼頭結構的水平位移; 裝卸機械作業(yè)引起結構振動等。板梁式高樁碼頭上部結構的計算。上部結構的計算：面板、縱梁（門機梁等）、橫梁和靠船構件。橫梁與基樁一起構成橫向排架，橫梁的內力通過橫向排架的計算求

2、得。 一、 面板內力計算 可按彈性薄板小擾度理論以靜力分析法進行數(shù)值計算，也可按面板的支承情況分為單向板和雙向板按簡支法計算。1.計算圖式和計算跨度 計算圖式 單向板：簡支板、懸臂板和連續(xù)板； 雙向板：四邊簡支、四邊固定、三邊簡支一邊自由和三邊固定一邊自由等。 在計算時應根據(jù)實際的結構形式、板的尺寸及其周邊支承情況和板間連接情況等因素來合理選擇計算圖式。 支承情況 兩邊支承、兩邊自由板：為單向板，如空心板。 四邊支承板：la/lb2按單向板，la/lb2按雙向板。支承構造 簡支板、懸臂板和連續(xù)板的判別：主要根據(jù)板和板之間、板與梁之間的連接構造來確定。 簡支板：在支座處自由擱置或簡單連接； 連續(xù)

3、板：在支座處整體連接； 懸臂板：板的一邊與梁整體連接，而另三邊自由。 計算同簡支梁、連續(xù)梁和懸臂梁。 板梁梁lblblblala 計算跨度簡支板和連續(xù)板的計算跨度與板形、計算內力種類、板厚和擱置長度有關。在確定板的計算跨度時，應考慮支座對板的影響，計算跨度分彎矩計算跨和剪力計算跨。 2.集中荷載的接觸寬度和傳遞寬度集中荷載作用在面板上時具有一定的接觸面積,其寬度即是接觸寬度。一般取接觸面積的中心作為集中荷載的作用點位置。當面板(單向板或雙向板)上有墊層時,集中力經(jīng)墊層傳到面板,一般假定按 45分別向兩個方向傳遞。設集中荷載的接觸寬度為a0b0，墊層厚度為hs，則傳遞寬度（傳遞到面板上的傳遞寬）

4、單個集中荷載作用時： 順板跨方向a1a02hs 多個集中荷載作用時，且輪距較小，傳遞范圍相互重疊： a1a02hsS 垂直板跨方向集中荷載傳遞寬度的計算方法和平行板跨方向相同,其接觸寬度和傳遞寬度分別為 b0和 b1 傳遞以后的荷載強度q0 q0P/（a1b1）， P傳遞范圍內的集中力總和。3.集中荷載作用下板的計算寬度 影響有效分布寬度的主要因素: 寬跨比； 板厚； 荷載接觸面積； 荷載作用位置。 1)集中荷載作用下單向簡支板和連續(xù)板計算寬度u板的有效工作布寬度（計算寬度）b主要決定于荷載作用的位置和大小，板的計算跨度以及板的支承情況。 考慮實際情況的諸多因素，并便于計算，規(guī)范規(guī)定簡支板和連

5、續(xù)板的工作寬度可按如下計算： 中置荷載（荷載接觸面積中心位于1/2 板寬至y0.5bc）的彎矩計算寬度： 偏置荷載（荷載接觸面積中心位于自由邊附近，且y0.5bc）的彎矩計算寬度：,/1 . 08 . 0100hbxlklbc00/9 .00 .1/lBlBkybbcc45. 0當有多個集中荷載同時作用，彎矩計算寬度重疊時，其計算寬度取bcS，S為最外面集中荷載的中心距離：Sbbcc單向板集中荷載作用下的剪力計算寬度 平行板跨方向的剪力計算寬度： 垂直板跨方向的剪力計算寬度、中置荷載（荷載位于l/2板寬附近，且y0.3x1.8h0）的剪力計算寬度： 式中：h0板的有效高度（m）； 、偏置荷載（

6、荷載位于自由邊附近，且y0.3x1.8h0）的剪力計算寬度：xhbbcs6 . 06 . 301xhbbcs3 . 08 . 1011aacs2)集中荷載作用下懸臂板的彎矩計算寬度 平行懸臂方向: ac=a1 垂直板的懸臂方向: bc=b1+2x 4.內力計算 1)單向板計算 板的計算寬度:均布荷載下取單寬(1m),集中荷載作用下取計算寬度。 簡支板、懸臂板、自由擱置在梁上的單向連續(xù)板可按一般的簡支梁、懸臂梁、連續(xù)梁計算。 與梁整體連接的單向連續(xù)板,其彎矩按系數(shù)法計算: M= mM0式中:M跨中或支座計算彎矩設計值(kNm); M0按簡支板計算時跨中最大彎矩設計值(kNm); m彎矩系數(shù)。 疊

7、合板的自重及施工荷載產(chǎn)生的內力按簡支板計算?？勺冏饔卯a(chǎn)生的內力,當板與梁整體連接時,可按連續(xù)板用彎矩系數(shù)法計算;當板不與梁整體連接時按簡支板計算。2) 雙向板的計算 雙向板為雙向受力，需雙向配筋，雙向鋼筋既是受力鋼筋，又是分布鋼筋，故較為經(jīng)濟，但雙向板只能做非預應力。關于雙向板的計算屬于彈性薄板理論課題，其計算較為復雜。 關于雙向板彎矩計算查高樁碼頭設計與施工規(guī)范（附錄B）或建筑結構靜力計算手冊。 四邊簡支板承受集中荷載時產(chǎn)生的跨中彎矩 Ma和 Mb可按高樁碼頭設計和施工規(guī)范附錄 B計算。當板與梁整體連接時,跨中彎矩采用 0.525Ma和 0.525Mb。支座彎矩采用 -0.75Ma和-0.7

8、5Mb。 四邊支承板承受均布荷載產(chǎn)生的剪力可根據(jù)跨中撓度相等的原則,把均布荷載分配于兩個位于跨中且相互正交的單位寬度的板條上,板條按簡支梁的方法計算。 四邊支承板承受集中荷載產(chǎn)生的剪力,按受沖切計算,其具體計算方法見高樁碼頭設計和施工規(guī)范。備注： 雙向板的剪力計算近似按兩個方向的單向板進行計算，分配到兩個方向單向板上的荷載可按跨中撓度相等的原則求得： 假設四邊簡支板，跨徑為la、lb，當板中心處作用一集中力 P時，設分配到兩個方向的單向板的荷載為Pa、Pb，板中心的兩個方向的撓度： EIlPfaaa483EIlPfbbb483根據(jù)： babaffPPPPlllPPlllPbaabbaba333

9、333對均布荷載：根據(jù)得到： aaaaEIlqf34854bbbbEIlqf34854baff baqqqbaIIqlllqbaba444qlllqbaab444二. 縱梁的計算 1.計算圖式和計算跨度 計算圖式 簡支梁支座處斷開。 連續(xù)梁支座處整體連接: 支承于樁帽上的連續(xù)縱梁，其內力應按彈性支承連續(xù)梁計算。 支承于橫梁上的裝配整體式縱梁，具有彈性支承性質，按彈性支承連續(xù)梁計算。JTS167-1-2010高樁碼頭設計與施工規(guī)范2.計算荷載 縱梁的計算荷載包括: 縱梁自重; 直接作用在縱梁上的使用荷載(例如門機荷載);由面板自重及面板上使用荷載產(chǎn)生的面板支座反力。 單向板的支座反力。 雙向板的

10、支座反力, 一般用 近似法求得。u 在滿布均布荷載作用下, 按圖示將荷載分配到 縱梁和橫梁上。u 集中力作用下的支座反力可按 求雙向板剪力的方法求得。三、橫梁排架的計算橫向排架由基樁和聯(lián)結基樁的上部結構構件組成。 梁板式：橫梁樁基； 框架式：桁架樁基 無梁板式：橫向板帶樁基； 承臺式：承臺樁基 橫向排架是高樁碼頭的主要受力單元，計算它的目的是為了求得樁基和連接樁基的構件的內力。 1.計算圖式 1）計算段長 計算中：取一代表排架計算內力，計算段長取排架間距；端排架的內力計算另行考慮；2）樁臺剛度 樁臺根據(jù)剛度可分為三類： 剛性樁臺：EI，在外荷載作用下，樁臺只發(fā)生變位（水平、豎向和轉角），不發(fā)生

11、變形，適用于框架時式碼頭和承臺式碼頭的上部結構； 柔性樁臺：樁臺有一定剛度，受力后樁臺不僅產(chǎn)生變位，且發(fā)生變形。適用于梁板式高樁碼頭的橫梁和無橫梁式高樁碼頭的橫向板帶； 5） 樁的受彎計算長度 排架中的受彎計算長度等于樁的自由長度加上樁在土中的嵌固點深度之和。嵌固點深度理論上應根據(jù)豎向彈性地基梁的計算方法確定（m法、有限元法），即找到入土的變形第一零點。規(guī)范在m法基礎上，給出了彈性長度受彎嵌固點深度的經(jīng)驗公式：式中： 反映樁頂與樁臺嵌固程度和樁的自由長度大小的系數(shù)，1.82.2。 T樁的相對剛度系數(shù)（m）。 Tt5oppmbIET (二)計算荷載及其效應組合 橫向排架上的作用可分為三類:上部結

12、構自重力、固定設備自重力等永久作用;堆貨荷載、起重運輸機械荷載、鐵路荷載、船舶荷載、施工荷載和波浪力等可變作用;地震作用等偶然作用。 梁板的布置方式對面板上荷載的傳遞方式有很大影響,也因此影響到橫向排架的計算。 例如,面板直接擱置在橫梁上時,荷載由面板橫梁,為均布力。 面板四邊支承時,如果是單面板,荷載由面板縱梁橫梁,為集中力;如果是雙向板,則一部分荷載由面板縱梁橫梁,為集中力,另一部分荷載直接由面板橫梁,為分布荷載(三角形分布或梯形分布)。 當系纜力和撞擊力作用在上部結構為整體連接的碼頭上時,可將碼頭上部結構在水平方向視為一個以排架基樁作為支承點的連續(xù)梁,按彈性支承剛性梁計算。當碼頭排架間距

13、和支承點的水平反力系數(shù)(排架基樁在水平方向單位力作用下的變形)相等或相近時,水平集中力的橫向分力在排架中的分配系數(shù)可按高樁碼頭設計和施工規(guī)范附錄 A確定。 根據(jù)系船柱的高矮,系纜力作用在碼頭面以上0.30.5m處。撞擊力的作用點位置見本節(jié)靠船構件的計算。 作用效應組合: 以上各種作用應根據(jù)可能出現(xiàn)的最不利情況進行布置和組合。不可能同時出現(xiàn)的作用不應組合。有些作用雖然可能同時出現(xiàn),但可變作用效應組合時應分清主導作用和非主導作用。3.柔性樁臺橫向排架的計算 橫向排架內力宜按柔性樁臺計算。 板梁式碼頭中,由叉樁和直樁支承的橫梁是常見的結構型式。 由叉樁和直樁支承的橫梁,在進行橫向排架計算時,可假定樁

14、兩端為鉸接。在垂直荷載(包括水平力對橫梁中和軸產(chǎn)生的力矩)作用下,橫梁可按彈性支承連續(xù)梁計算,水平力由叉樁承受。 樁與橫梁采用嵌固連接的全直樁碼頭, 可按考慮樁土共同作用的剛架進行計算,或按具有彈性支承的剛架進行計算。 但對于一些特殊的結構(如采用半叉樁、斜樁等)應采取相應的計算方法。1）由直樁和叉樁支承的橫梁計算 在垂直荷載(包括水平力對橫梁中和軸產(chǎn)生的力矩)作用下,由直樁和叉樁支承的橫梁按彈性支承連續(xù)梁計算,一般采用五彎矩方程求解。（對于不等跨或非等截面的橫梁,五彎矩方程的一般形式可參閱結構力學書籍。） 實際工程中常見到的是等跨、等截面梁,此時五彎矩方程為:如令 n=2、3、4 K-1,可

15、得(K-2)個中間支座截面的五彎矩方程式,聯(lián)立求解,即可得橫梁各中間支座的彎矩值。根據(jù)中間支座彎矩可求得橫梁各斷面的彎矩和支座反力,再進一步求得橫梁各斷面的剪力和樁的軸向力。計算所得的直樁支座反力就是直樁樁力,而叉樁樁力可由支座反力和樁頂水平力求得。當橫向排架中有兩組以上叉樁時,水平力按叉樁的橫向剛度系數(shù)分配。樁和支座的軸向反力系數(shù)確定如下。（1）樁的軸向反力系數(shù)：樁頂在單位軸向力作用下產(chǎn)生的軸向位移。 摩擦樁應根據(jù)試樁資料確定,如無試樁資料,可按下式計算:(2)支座的豎向壓縮系數(shù)對于第 n支座的直樁,樁的軸向反力系數(shù)就是支座豎向反力系數(shù) Kn,雙直樁的支座豎向反力系數(shù)為Kn/2 (此時 Kn

16、應考慮群樁影響)。叉樁支座豎向反力系數(shù)可近似采用下式計算:2）全部由直樁支承的橫梁計算 按彈性支承的剛架計算五、靠船構件的計算 靠船構件主要承受撞擊力或擠靠力。 撞擊力較大,故一般取撞擊力作為設計荷載。 懸臂梁式和懸臂板式靠船構件分別按懸臂梁和懸臂板計算。 對于懸臂梁式靠船構件,全部船舶撞擊力應由一個構件承受。船舶斜向靠岸時,如與碼頭前沿線夾角較小,還應考慮撞擊力產(chǎn)生的水平摩擦力和由此而引起的扭矩作用。故懸臂梁式靠船構件一般按雙向受彎、受扭構件設計。如有可靠的縱向水平支撐也可按單向受彎構件設計。 撞擊力的作用點位置:應根據(jù)水位和防護設備情況確定。對懸臂式結構,撞擊點的位置越低越不利,因此一般假

17、定撞擊力作用在設計低水位以上第一排防沖設施上。 船舶撞擊力通過防護設備作用在靠船構件上,實際的荷載接觸面積根據(jù)不同的防護設備而定。例如采用橡膠筒時,接觸面積為橡膠筒直徑乘其長度。第五節(jié) 高樁碼頭構件強度和整體穩(wěn)定驗算一、構件強度和抗裂計算1. 鋼筋砼構件的砼強度等級 高樁碼頭的混凝土對不同構件采用不同的強度等級,并不得低于下表 的規(guī)定,同時還要考慮混凝土耐久性的要求。2、 鋼筋砼構件的配筋 一般情況下,鋼筋混凝土構件按使用期產(chǎn)生的內力進行強度配筋和抗裂驗算。 對于預制安裝構件,尚應按短暫狀況對施工期的受力情況進行強度和抗裂驗算,不滿足要求時可在施工上采取措施。但對有些構件(如樁),施工應力在設

18、計中起控制作用,需按施工期產(chǎn)生的內力進行強度配筋和抗裂驗算。 樁在施工期起控制作用的主要是吊樁應力和打樁應力。 預制構件的強度驗算: 預應力混凝土預制構件在鋼筋張拉(后張法)或放松(先張法)過程中,混凝土將受壓或偏心受壓,在非預應力的一面混凝土可能出現(xiàn)較大的拉應力,應進行強度驗算。 鋼筋混凝土預制構件吊運過程中受沖擊力,驗算其強度時應將預制構件重量乘以動力系數(shù),一般構件 取 1.3。樁在起吊和水平吊運時一般也取 1.3,吊立過程中取 1.1。 構件在儲存場和運輸工具上堆放時,應根據(jù)構件自重、支墊數(shù)目和位置驗算其堆放時的強度,并控制預制件堆放的層數(shù)。 由于構件的不同安裝方法,構件的受力情況也是不

19、同的,應根據(jù)具體情況進行驗算。例如安裝懸臂式靠船構件時,為保證其穩(wěn)定性,需設置臨時固定的拉筋,拉筋強度應根據(jù)受力驗算。吊樁應力:鋼筋混凝土預制樁和預應力混凝土樁從出槽到沉樁過程中,樁身會產(chǎn)生較大的拉應力。尤其在樁的吊立過程中(樁由水平變?yōu)榇怪钡跞氪驑对O備龍口),由于自重、水浮力的作用,樁身可能產(chǎn)生最大的拉應力,樁的強度和抗裂度往往受此控制。隨著長樁的使用,樁在吊運和吊立過程中的驗算問題也就更為突出。 沉樁應力u 無論是錘擊沉樁還是震動沉樁,沉樁時樁身各部分產(chǎn)生沉樁拉應力和沉樁壓應力,由此可能引起樁身的橫向裂縫、縱向裂縫和樁頭損壞。u 影響樁身拉應力值大小的因素很多,主要有樁錘、樁墊、樁長、土質等。此外樁的預制質量的不均勻、樁進入嵌固位置后強力矯正樁位使樁在受