液體散貨高樁碼頭畢業(yè)設計

本科畢業(yè)設計液體散貨高樁碼頭設計

第一章設計基本條件和依據1.1工程概述本工程位于煙臺港西港區(qū)規(guī)劃的液體散貨作業(yè)區(qū)內，碼頭緊鄰已建的液體化工碼頭向北建設，罐區(qū)緊鄰液體化工碼頭罐區(qū)向西建設，汽車裝卸區(qū)緊鄰液體化工碼頭的汽車裝卸區(qū)布置。根據吞吐量預測和船型分析，本工程擬建設1個5萬噸級油品泊位，并可同時靠泊3千和5千噸級油品泊位，以及相應配套設施，設計年通過能力280萬噸，與北防波堤建設相結合，同步建設1個10萬噸級后續(xù)泊位的水工結構。1.2自然條件1.2.1地理位置本工程位于煙臺港西港區(qū)，西港區(qū)位于煙臺市西部的套子灣西側，距煙臺芝罘港區(qū)約30km，地理坐標位于北緯37°43′，東經121°07′。1.2.2氣溫年平均氣溫：12.9℃平均最高氣溫：17.1℃平均最低氣溫：10.1℃極端最高氣溫：38.2℃極端最低氣溫：-11.7℃1.2.3降雨年平均降水量：451.1mm年最大降水量：616.7mm一日最大降水量：97.4mm（2005年8月8日）年平均降水量日數為92.2天降水強度≥中雨年降水日數為10.6天降水強度≥大雨年降水日數為3.3天降水強度≥暴雨年降水日數為0.9天該區(qū)降水有顯著的季節(jié)變化，雨量多集中于每年的6、7、8月份，這三個月的降水量為年降水量的57.6%，冬季降水量最少，12月至翌年的2月降水量僅為年降水量的7.8%。大雨影響作業(yè)天數為3.3天。1.2.4風況西港區(qū)臨時測站完整一年每日24次風速、風向資料統計:該區(qū)常風向為S向，出現頻率為10.18%，次常風向為SE、NNE向出現頻率分別為8.75%、8.37%。強風向為NW向，該向≥7級風出現頻率為0.21%，次強風向為NNW、N向。表1.1風圖風速頻率（%）風向<5.5(m/s)5.5～10.7(m/s)10.8～13.8(m/s)>13.8(m/s)合計N3.953.310.790.188.246.122.000.230.028.374.320.560.014.892.980.243.22E3.970.694.664.210.314.527.850.908.754.872.230.380.017.48S6.293.720.150.0110.183.352.300.150.015.804.532.940.027.493.921.540.015.47W3.182.090.460.145.862.220.980.210.073.471.851.600.460.214.112.823.070.710.196.80C0.690.69合計67.1228.483.560.85100.001.2.5霧況平均每年大霧日為27.7天，大霧多出現于每年的4～7月，為全年霧日的63%，而每年的8月以后，大霧日顯著減少。平均每年大霧實際出現天數為11.8天。1.2.6災害性天氣本區(qū)災害性天氣過程主要為臺風（含熱帶風暴，強熱帶風暴）和寒潮。據多年資料統計影響煙臺附近海域的臺風每年有1～2個，一般多出現于7～9月份。每當臺風路經本區(qū)時，將出現大風、大浪、暴潮和暴雨。如8509號臺風，煙臺出現33.3m/s、SSE向大風，最高潮位達3.73m；受9216號臺風影響，煙臺港風速達18～30m/s，出現解放以來最高歷史潮位（4.03m）。多年資料統計，每年11月～翌年3月為寒潮出現季節(jié)，平均每年3.2次，受寒潮影響本海區(qū)出現偏N向大風，風速可達9～10級，且有偏N向的大浪，持續(xù)時間可達3～4天。1.3水文資料1.3.1水文特征(1)潮位國家海洋局第一海洋研究所對煙臺套子灣西海岸海區(qū)建港條件進行了調查和部分水文要素的短期觀測，并于1994年12月完成了《煙臺初旺灣－蘆洋灣自然環(huán)境調查報告》。潮位是利用初旺灣驗潮站1987年3月4日～4月13日一個月的潮位資料和煙臺同步資料及煙臺1953～1994年長期資料統計分析，用差比方法求得工程海域的設計參數。本次設計采用上述計算值。(2)潮位特征值（以下水位值均從當地理論最低潮面起算）工程海域為正規(guī)的半日潮，其（HK1+HO1）/HM2=0.32最高高潮位：3.67m最低低潮位：-0.77m平均高潮位：2.10m平均低潮位：0.61m平均潮差：1.49m平均潮面：1.33m(3)設計水位設計高水位：2.46m設計低水位：0.25m極端高水位：3.56m極端低水位：-0.95m(5)波浪西港區(qū)無波浪實測資料，而與其臨近（相約30km）的煙臺海洋站在芝罘島北側進行了長期的波浪觀測工作（1981年至2002年）。本工程岸線在龍洞咀周圍，其水深岸線走向與芝罘島相似，水域開闊無島嶼影響。芝罘島測波資料有著極好的代表性，基本代表了本海區(qū)深水處的波況。本次取用芝罘島多年（1981年至2002年）觀測資料作統計分析。煙臺海洋站位于芝罘島，地理坐標為北緯37°36′、東經121°26′，測波浮標在測點的N向，水深約為17.3m，使用儀器為HAB－2型岸用測波儀，儀器的拔海高度為75.9m，每日進行4次（08、11、14、17）觀測，大風浪過程中進行加密觀測。1990～2002年觀測資料分析結果：該區(qū)常波向為NNW、NW，出現頻率分別為8.20%、8.19%；次常波向為N、NNE，出現頻率分別為5.91%、5.77%。強波向為NNW向，次強波向為N向，這兩個方向H4%>1.5m出現頻率分別為3.07%、2.45%。詳見波高頻率統計表。(6)設計波要素經淺水計算12m水深處50年一遇波要素波要素見表2-5，有北側防波堤掩護時，繞射至油品碼頭ENE向50年一遇波要素見表。（7）海流海流觀測分兩個區(qū)域進行，各測點位置詳見圖2-1。第一個區(qū)域位于龍洞咀及以南的初旺灣，蘆洋灣海域，共布設六個測點；第二區(qū)域為龍洞咀東北的天然深槽和龍洞咀以西的海域，共布設六個測點，分別進行大、小潮連續(xù)25小時觀測。觀測日期為：大潮第二區(qū)域為7月15日09時至16日10時，第一區(qū)域為7月16日17時至17日19時；小潮第二區(qū)域為7月22日09時至23日12時，第一區(qū)域為7月23日16時至24日19時。垂線測點采用六點法，依據實測資料，本海區(qū)海流特征如下：1）潮流特征：測驗海區(qū)的潮流為不規(guī)則半日潮流其（WK1+WO1）/WM2在0.76～1.45之間，淺水分潮流影響比較明顯，潮流的運動屬往復流性質。2）潮流流場：龍洞咀以南第一測區(qū)漲、落潮潮流平均流向呈南北走向，龍洞咀以北第二測區(qū)漲、落潮潮流平均流向呈東西走向。3）最大流速：大潮期間漲、落潮實測垂線平均最大流速第一測區(qū)出現在龍洞咀附近，流速值分別為0.55m/s、0.77m/s，流向分別為150°、325°，測點最大漲、落潮流速為0.74m/s、0.88m/s，流向分別為174°、344°，出現在L07站和L09站表層。4）余流：本海區(qū)余流較小。1.4地質地貌資料1.4.1地形地貌西港區(qū)沿岸主要為基巖海岸，沿岸以低山丘陵臺地為主，泥沙來源不甚豐富，主要是海岸侵蝕來沙和人為供沙。港區(qū)沿岸巖性多為白云石大理巖，在海浪和海流作用下產生部分泥沙，數量很少；沿海養(yǎng)殖及其加工業(yè)產生的廢棄貝殼，堆積在海濱，也是局部泥沙的重要來源，但數量有限，對于港口建設不會構成很大影響。根據國家海洋局第一海洋研究所觀測資料分析，該海區(qū)近岸及岸灘泥沙較粗，海域平均含沙量為46.6mg/L，如果所搬運的泥沙全部沉淀，每平方米也只有46.9kg，即沉積厚度2cm，實際情況可能僅有此值的三分之一左右?？傊?，該海區(qū)泥沙來源很少、泥沙搬運沉積不甚活躍，近岸泥沙不會對建港構成危害。1.4.2工程地質本次勘察結果表明，該區(qū)域內巖土層分布較有規(guī)律，在勘察深度范圍內，分布有（一）海相沉積層：①1粉土、①2粉砂、①3淤泥質粉質粘土，（二）海陸交互相沉積層：①4粉質粘土混砂，（三）陸相沉積層：②中粗砂，③粉質粘土，④粗礫砂。1.4.3地質構造和地震根據業(yè)主提供《山東省煙臺港西港區(qū)液體化工碼頭工程地質災害危險性評估報告》（中國冶金地質勘查工程總局山東正元資源勘查研究院，2005年7月）中的資料表明，在影響評估區(qū)內存在蓬萊—威?；顒有詳嗔?，該組斷裂為北西向斷裂，長大于80km，傾向、傾角不明，斷層錯斷第四系和元古界地層，預測地質震級為7級，設計基本地震加速度值為0.15g。第二章總平面布置2.1碼頭主要尺度的擬定2.1.1設計船型主尺度根據《海港總平面設計規(guī)范》（JTJ211-99）局部修訂（設計船型尺度部分）選取部分油船數據，設計船型尺度詳見表。表2.1設計船型主尺度船舶噸級（DWT）總長（m）型寬（m）型深（m）滿載吃水（m）備注10000024643.021.414.8設計船型5000022932.219.112.8設計船型3000018531.517.312.0兼?zhèn)浯?000016426.013.410.0兼?zhèn)浯?000014120.410.78.3兼?zhèn)浯?00012517.58.67.0設計船型30009715.27.25.9設計船型20008613.66.15.1兼?zhèn)浯?0007013.05.24.3兼?zhèn)浯?.1.2碼頭泊位長度根據規(guī)范，對有掩護港口的通用碼頭，單個泊位長度可按下式確定：式中——碼頭泊位長度（m）；——設計船長（m）；——富裕長度（m），采用表2.1.中的數值。表2.2富裕長度表L(m)<4041~8586~150151~200201~230>230d(m)58~1012~1518~2022~2530表2.3油品碼頭相鄰泊位船舶間距表L(m)<110110~150151~182183~235>235d(m)2535405055由于到港船舶大小并存，在考慮最大到港控制船型的同時，還應考慮船舶到港的組合計算。表2.4船位組合計算表組合情況(1)5000005000+3000100000長度279285306綜合考慮設計船型和兼顧船型組合，確定本工程中，103號泊位長度為285m，相鄰泊位長度為306m。2.1.3泊位寬度碼頭前沿停泊水域寬度不小于2倍設計船寬，所以取。2.1.4碼頭前沿頂高程考慮北側防波堤的建設，本工程按有掩護碼頭設計?；緲藴剩涸O計高水位2.46+超高值1.0～1.5=3.46～3.96m復核標準：極端高水位3.56+超高值0～0.5=3.56～4.06m碼頭高程取5.50m2.1.5碼頭前沿設計水深與碼頭前沿設計底高程碼頭前沿設計水深，是指在設計低水位以下保證設計船型在滿載吃水情況下安全?？康乃?。其深度可按下式確定：式中：——碼頭前沿設計水深；——設計船型滿載吃水，；——龍骨下最小富裕深度（m），淤泥土取0.20m,含淤泥的砂、含粘土的砂和松砂土取0.30m，含砂或含粘土的塊狀土取0.40m，巖石土取0.60m；——波浪富裕深度（m），當計算結果為負值時；——系數，順浪取0.3,橫浪取0.5；——碼頭前允許停泊的波高（m），波列累積頻率為4%的波高，根據當地波浪和港口條件應遠小于1。——船舶因配載不均勻而增加的船尾吃水值（m），雜貨船可不計，散貨船和油船取0.15m；——備淤富裕深度（m），根據回淤強度、維護挖泥間隔期及挖泥設備的性能確定，不小于0.40m。表2.5碼頭前沿設計水深計算表50000噸級100000噸級設計船型滿載吃水12.814.8龍骨下最小富裕深度0.30.3波浪富裕深度00船舶因載配不均勻增加艉吃水0.150.15備淤富裕深度0.60.6碼頭前沿設計水深13.8515.85設計低水位0.250.25碼頭前沿設計底標高-13.6-15.6碼頭前沿設計底標高取值-14.0-16.02.1.6碼頭前沿停泊水域寬度碼頭前沿停泊水域寬度按50000噸級船寬的兩倍考慮，取值為65m。2.1.7船舶回旋水域寬度船舶回旋水域按照直徑為兩倍50000噸級船長的圓考慮，取值為460m。2.2裝卸工藝2.2.1基本原則裝卸機械設備應根據裝卸工藝的要求選型，并綜合考慮技術先進、經濟合理、安全可靠、能耗低、污染少、維修簡便等因素。裝卸機械的選型應適應多種油品裝卸作業(yè)的要求，配置專用機械。這是圖圖2.？油品進出口流程圖2.2.2港口裝卸工藝裝卸設備：DN300裝卸臂、DN200裝卸臂、裝卸軟管、裝卸臂的泄空泵、吹掃設施和登船梯工藝管線配置：2根Ф508x9的汽油管、2根Ф508x9的柴油管、1根Ф325x8航煤管，1根Ф711x10管罐區(qū)配置：內浮頂儲罐2.2.3機械設備配備完成280萬噸/年運量的泊位利用率計算如下。表2.6泊位利用率計算表碼頭岸線分段中央北側3000dwt南側5000dwt泊位噸級50000dwt貨種汽油、柴油航煤燃料油汽油、柴油汽油、柴油航煤、燃料油年運量（萬噸）2302262416流向卸船卸船卸船裝船裝船裝船平均載貨（萬噸）2500010000100001000040004000凈作業(yè)時間（h）182014181012輔助時間及卸壓艙水時間（h）8777+26+26船數922266040作業(yè)時間（h）239254421621080720總作業(yè)時間（h）26501800泊位占用時間26501800/2（兩側同時靠泊）泊位利用率0.44完成280萬噸/年運量，5000DWT靠泊點和3000DWT靠泊點完全同時靠泊時，泊位利用率約為0.44，兩個靠泊點不同時靠泊的幾率越高，泊位利用率越大，當20%的船舶不能同時靠泊時，泊位利用率約為0.48。2.2.4反算泊位通過能力表2.7泊位通過能力計算表碼頭岸線分段中央兩側設計船型50000dwt10000dwt5000dwt實際載貨量（t）25000100001000040004000貨種汽油、柴油汽油、柴油航煤、燃料油汽油、柴油航煤、燃料油流向卸船裝船卸船卸船裝船卸船凈作業(yè)時間（h）181215121012輔助時間及卸壓艙水時間（h）87+2766+26泊位利用率0.6船型比例61.62.11.420.58.65.7年營運天數340分段年通過能力（萬噸）470.1233.1222.5108.8108.8108.8泊位通過能力（萬噸）376.9Pt=1/Psi)Psi=ρTyGtd/(tz+tf+tp)5000DWT靠泊點和3000DWT靠泊點完全同時靠泊時，完成280萬噸/年的運量，泊位利用率約為0.44，如果按照泊位利用率0.6計算，泊位通過能力為376.9萬噸/年。2.3港口主要建設規(guī)模2.3.1罐區(qū)配置燃料油和航空煤油按照可能到港的最大船型最載貨量為20000噸，汽油柴油最大到港船型載貨量為50000噸設計。配置4座20000m3的內浮頂汽油罐，4臺20000m3的柴油罐，為節(jié)約罐區(qū)占地，使罐組的布置集中合理，柴油罐采用內浮頂儲罐，4座10000m3的內浮頂航空煤油儲罐，4臺10000m3的固定頂燃料油儲罐。2.3.2罐區(qū)布置根據油品的特性和儲罐罐型，油品儲存分組如下：航煤和燃料油布置在一個罐組內；汽油和柴油布置在一個罐組內。根據罐組布置，航煤和燃料油罐組內預留2座5000m3儲罐，航煤儲罐和燃料油罐以隔堤相隔，航煤儲罐與預留儲罐以隔堤相隔；汽油柴油罐組的每2座內浮頂儲罐以隔堤相隔。2.4總平面布置總平面布置圖見附圖2.4.1碼頭前沿工作地帶根據煙臺港總體布局規(guī)劃，本工程在西港區(qū)起步工程（3萬噸級液體化工碼頭工程）的基礎上將碼頭繼續(xù)延長，考慮起步工程碼頭的平面布置形式并與在建的防波堤工程在施工順序上的合理銜接，本工程的碼頭沿起步工程碼頭前沿線向北延伸，建設一個5萬噸級泊位，在北端與北防波堤之間的防波堤東側形成10萬噸級油品泊位主體結構，碼頭方位16°-196°。經計算，5萬噸級泊位長度285m，10萬噸級岸壁長度306m。船舶回旋水域按圓形布置，直徑為2倍的5萬噸級油船船長，取值為460m。為盡可能減少疏浚工程量，本工程僅將碼頭正對的港池水域進行疏浚，疏浚海域面積6.1萬m2，疏浚土方約10.48萬m3。港池疏浚土方全部外拋，拋泥區(qū)距本工程位置約29km。碼頭寬度60m，碼頭前方29m范圍內為碼頭作業(yè)區(qū)，其中布置了輸油臂、消防炮等生產設備，中間16m為管廊和消防通道，后方15m為后續(xù)工程和防波堤建設的施工通道，并在碼頭后方建設一座綜合控制樓。2.4.2罐區(qū)布置燃料油和航空煤油按照可能到港的最大船型最載貨量為20000噸，汽油柴油最大到港船型載貨量為50000噸設計。配置4座20000m3的內浮頂汽油罐，4臺20000m3的柴油罐，為節(jié)約罐區(qū)占地，使罐組的布置集中合理，柴油罐采用內浮頂儲罐，4座10000m3的內浮頂航空煤油儲罐，4臺10000m3的固定頂燃料油儲罐。航煤和燃料油布置在一個罐組內；汽油和柴油布置在一個罐組內。航煤和燃料油罐組內預留2座5000m3儲罐，航煤儲罐和燃料油罐以隔堤相隔，航煤儲罐與預留儲罐以隔堤相隔；汽油柴油罐組的每2座內浮頂儲罐以隔堤相隔。燃料油儲罐和柴油儲罐按照保溫伴熱設計，儲罐的保溫材料為復合硅酸鹽，厚度50mm，保護層為0.5mm的鍍鋅鐵皮；加熱采用飽和蒸氣加熱器。儲罐附件包括呼吸閥、排水排污孔、人孔、量油孔、透光孔、遠傳液位計（帶高低液位報警）、遠傳溫度計。2.4.3道路布置港區(qū)宜設置兩個或兩個以上的出入口，港內道路應按環(huán)形系統布置，盡頭式道路應具備回車條件。港內道路主要指標，采用表2.8中的數值。表2.8港內道路主要技術數值指標名稱主干道次干道支道路面寬度（m）一般港區(qū)9～157～93.5～4.5交叉口路面內緣最小轉彎半徑（m）20t平板掛車101010倉庫引導寬度應與庫門寬度相適應。港內道路邊緣至相鄰建筑物的凈距不應小于表2.8中的數值。表2.9道路邊緣至相鄰建筑物的最小凈距相鄰建筑物名稱最小凈距（m）建筑物邊緣建筑物面向道路一側無出入口1.5建筑物面向道路一側有出入口，但不通行機動車輛3.0建筑物面向道路一側有流動機械出入口4.5建筑物面向道路一側的出入口經常有汽車出入時6.0貨堆邊緣1.5圍墻邊緣1.0第三章碼頭結構方案設計3.1碼頭結構形式確定原則碼頭的結構形式應根據水文、地質、地形、貨種、裝卸工藝及施工條件等因素綜合分析，進行技術經濟比較后確定。本港區(qū)歷年水位差較小，年水位變化4.51米。土層分布規(guī)律性較強，成層性較好，結構比較穩(wěn)定，前沿區(qū)岸線較順直。本碼頭泊位為油品碼頭，因此，結合施工條件和裝卸工藝，綜合分析，技術經濟比較決定采用高樁碼頭。3.2碼頭斷面設計3.2.1碼頭樁臺設計第一方案：上部結構采用縱橫梁不等高連接，即上橫梁現澆，預制縱梁支撐在下橫梁上，預制面板兩邊支撐在縱梁上，最后現澆；第二方案：上部結構采用縱橫梁等高連接，即預制縱、橫梁均支撐在樁帽上，預制面板四邊支撐在縱、橫梁上，最后現澆。3.2.2方案比選方案一上部結構為傳統式結構，結構由樁、上下橫梁、縱梁、面板及靠船構件等部分組成。此方案由于采用了部分預應力結構，提高了它的承載能力又節(jié)省了材料，整體性也比較好且設計計算較簡單。但預制板擱置在縱梁上使得面板自重、堆貨荷載及門機荷載都在縱梁上，對縱梁的要求較高，縱梁的斷面尺寸較大，不便于施工和吊運。方案二上部結構為部分預制的等高連接結構，結構由樁、樁帽、橫梁、面板及靠船構件等組成，樁基布置與方案一相同。該結構的整體性比方案一差。綜合以上及工程概算比較，考慮港口的長遠發(fā)展，為減少遠期的碼頭維修和改造工作，選擇第一方案作為設計方案。3.2.3主要構件斷面尺寸3.2.3.1面板采用疊合板，板厚h=350mm，預制層h1=250mm，現澆層h2=150mm，磨耗層hs=150mm。面板的現澆層與磨耗層一塊澆筑。面板采用混凝土強度等級為。圖3.2.3.2縱梁縱梁采用花籃形斷面，采用c30鋼筋砼?？v梁分為預制部分和現澆部分，根據b、h的不同分為邊梁、中縱梁兩種，其中邊梁斷面呈半花籃形圖3.2.3.3橫梁橫梁斷面采用倒T形，下部現澆，上部預制，砼標號為C30，橫梁中和軸位置確定：B1=1600mm，b2=1000mm，h1=1200mm，h2=1200mm。圖由于橫梁面積較大，一般能滿足承載力要求，故無需驗算。3.2.3.4樁樁基采用鋼管樁，樁直徑為800mm，厚度為20mm。圖第四章碼頭初步設計4.1均布荷載碼頭前沿20m范圍內為20kPa；20m以外為管廊荷載為20kpa。施工荷載：取2.5KN.m。4.2設備荷載每個裝卸臂荷載：垂直荷載250kN；水平荷載40kN；傾覆力矩650kN.m；每個登船梯荷載：垂直荷載250kN；工作時，設計風速22m/s，傾覆力矩380kN.m；臺風時，設計風速55m/s，傾覆力矩730kN.m；每座消防炮塔荷載：垂直荷載200kN；水平荷載58.6kKN；傾覆力矩875kN.m。4.3貨車荷載及人群荷載本碼頭可忽略不計4.4船舶荷載4.4.1系纜力考慮風荷載與水流力對設計船舶的共同作用。4.4.1.1風荷載由《港口工程荷載規(guī)范》可得作用在船舶上的風壓力的垂直于碼頭前沿線的橫向分力和平行于碼頭前沿線的縱向分力分別為式中:，——分別為作用在船舶上的計算風壓力的橫向和縱向分力（kN）；，——分別為船體水面以上橫向和縱向受風面積（m^2）；，——分別為設計風速的橫向和縱向分量（m/s）；——風壓不均勻折減系數。船舶水面以上受風面積查表有，油船滿載時：，，設計風速取控制風速：，所以：；。4.4.1.2水流力水流對船舶作用產生的水流力船首橫向分力和船尾橫向分力分別為：,式中:——船舶吃水線以下的橫向投影面積（）；——水流速度()，??；——海水密度（），取；——船首橫向分力系數，由相對水深查表取為0.14；——船尾橫向分力系數，查表取為0.08。由公式計算得到：所以：，。水流對船舶作用產生的水流縱向分力為：式中:——船舶吃水線以下的表面積（）——水流力縱向分力系數，按下式確定：式中:——系數；——水流對船舶作用的雷諾數，按下式確定：式中:——船舶吃水線長度，取為229m；——水的運動粘滯系數，取水溫查得，則：由和流向角查表得，所以：船舶吃水線以下表面積按下式計算：式中——船長，取229m；——船舶吃水，取12.8；——船寬，取32.2m；——船舶方形系數，根據《港口工程荷載規(guī)范》查得雜貨船為0.825。代入計算得到： 所以水流對船舶作用產生的水流縱向分力：。4.4.1.3波浪力H1%=3.3m，t=8.4s，d=14.5+4.7=19.2m波長計算：L=gT2/2π*tanh（2πd/L）L0=9.8*8.72/2π=118.06m，d/L0=19.2/118.06=0.1626查表得d/L=0.1941，有L=19.2/0.1941=98.92m對樁基的波浪力為4.356kn，力矩為2.078kn*m對面板的浮托力為9.8kn，力矩為2.58kn*m4.4.1.4系纜力：式中:，，，——分別為系纜力標準值及其橫向、縱向和豎向分力（），——分別為可能同時出現的風和水流對船舶作用產生的橫向分力和豎向分力總和（）；——系船柱受力不均勻系數，??；——計算船舶同時受力的系船柱數目，??；——系船纜的水平投影與碼頭前沿線所成的夾角，??；——系船纜與水平面之間的夾角，取。見圖3.16。情況一：，，此時：情況二：，，此時：50000T海船N不應小于650KN，故取N=650KN所以取情況一驗算，計算得：，系纜力作用點距離碼頭前沿線為1.5m，距離碼頭面高為0.3m又方向豎直向上，初步設計不予考慮，所以系纜力對橫向排架產生彎矩為：4.4.2撞擊力標準值根據船舶有效撞擊能量和橡膠護舷性能曲線及靠船結構的剛度確定。船舶靠岸時的有效撞擊能量計算為：式中:——有效動能系數，??；——船舶質量（），查表得滿載排水量——船舶靠岸法向速度（），取。則有效撞擊能量為：。假設有效撞擊能量全部被橡膠護舷所吸收，即，碼頭選用兩鼓一板SUC1250HRo超級鼓型護舷。SUC1250HRo超級鼓型護舷設計吸能為382kj，設計反力為696kn?？紤]水平力分配系數，撞擊力折減為。假定撞擊力作用點在船舶與橡膠護舷接觸長度的中點，取最不利情況驗算，撞擊力距離靠船構件底部0.875，荷載圖示如圖3.17。則撞擊力對橫梁中和軸產生的彎矩為：Ewo=αcmMgH（H/L）(L/B)2(d/D)^2.5tgh(2π/L*d)式中：EW0——橫浪作用下系泊船舶有效撞擊能量（kJ）；α——系數，α=0.004；Cm——船舶附加水體質量系數,查表取1.6；M——船舶質量（噸），按與船舶裝載度相應的排水量計算；g——重力加速度，g=9.8m/sH——計算波高（m），5萬噸級船舶H=1.5m；L——波長（m）；d——系靠船結構前沿水深，5萬噸級泊位為16.96m，B——船舶型寬（m）；D——與船舶計算裝載相應的平均吃水（m）；系泊船舶在波浪作用下的撞擊力Ew0=0.004*1.6*60800*9.8*1.5*（1.5/6.0）2*（6.0/32.2）*（14.0/12.8）^2.5*tgh(2π*14.0/6.0)=83.32KjEw=k/n*Ew0=1.5/4*83.32=31.25Kj/組4.4.3擠靠力本算例橡膠護舷間斷布置，護舷間距18.18m,與船舶接觸的橡膠護舷共有15組。Fj=Kj《Fx/n=1.1*555.04/15=40.70kn4.5面板荷載計算面板只擱置在縱梁上，擱置長度為，此種情況面板按單向板計算；彎矩的計算跨度為：在計算自重產生彎矩時，由于現澆部分未達到強度標準，所以按簡支梁計算，彎矩計算跨度?。旱淮笥?；在計算使用期可變荷載產生彎矩時，預制部分與現澆部分聯接成整體，所以按連續(xù)梁計算，彎矩計算跨度?。海?）當時：（2）當時：式中:——縱梁上翼緣寬度——計算跨度；——凈跨，；——板的厚度，施工期，使用期；——板的擱置長度，。計算得到：施工期，使用期取每米板寬進行計算。荷載計算（1）永久作用：面板自重，墊層自重；自重總和；跨中彎矩：（2）可變作用：施工荷載產生跨中彎矩：；管廊荷載產生跨中彎矩：；流動機械荷載：初步設計不予計算。截面抗裂驗算：式中：——抗裂安全系數，參考范圍為Ⅰ級鋼筋0.7～0.8，Ⅱ級鋼筋0.6～0.7；——截面抵抗矩的塑性系數，矩形截面；——為砼抗拉強度標準值，砼為C30時；——截面抗彎摸量，，施工期，使用期——跨中彎矩標準值。（1）施工期：，滿足要求（2）使用期：，滿足要求所以，面板截面尺寸滿足抗裂要求。4.6縱梁荷載計算橫向排架間距為7m，下橫梁寬為1.6m，縱梁擱置在下橫梁上，擱置長度e=0.3m，如圖3.4所示。在計算自重產生彎矩時，由于現澆部分未達到強度標準，所以按簡支梁計算，彎矩計算跨度?。旱淮笥?；在計算使用期可變荷載產生彎矩時，預制部分與現澆部分聯接成整體，所以按連續(xù)梁計算，彎矩計算跨度?。海?）當時：（2）當時：式中:——計算跨度；——凈跨，；——梁的擱置長度，。計算得到：施工期，使用期荷載計算（1）永久荷載：預制縱梁自重，面板和磨耗層傳遞的自重在計算時分別取左右兩跨跨長的一半進行計算，其傳遞范圍如圖3.5所示。所以：（2）可變荷載：已知管廊荷載，，則由于堆貨荷載產生縱梁的內力。（3）固定機械荷載：對于裝卸臂、消防炮塔、登船梯，需計算荷載截面抗裂驗算（1）邊縱梁兩邊梁使用相同尺寸，驗算時驗算前沿荷載較大的邊跨。永久作用： eq\o\ac(○,1)使用期可變作用： 則：總彎矩，截面抗彎模量，經計算抗裂安全系數:eq\o\ac(○,2)施工期可變作用：則總彎矩截面抗彎模量，滿足要求。(3)中縱梁，驗算荷載較大的跨永久作用：eq\o\ac(○,1)較大跨 eq\o\ac(○,2)較小跨 eq\o\ac(○,1)使用期可變作用：,則：總彎矩，截面抗彎模量，經計算抗裂安全系數:eq\o\ac(○,2)施工期可變作用：則總彎矩截面抗彎模量，滿足要求。機械荷載裝卸臂荷載：垂直荷載250kN；水平荷載40kN；傾覆力矩650kN.m每個登船梯荷載：垂直荷載250kN；工作時，設計風速22m/s，傾覆力矩380kN.m；臺風時，設計風速55m/s，傾覆力矩730kN.m；每座消防炮塔荷載：垂直荷載200kN；水平荷載58.6kKN；傾覆力矩875kN.m。4.7橫梁荷載計算尺寸如圖3.11所示，采用倒T型梁，砼標號為C30，橫梁中和軸位置確定：， 由于橫梁面積較大，一般能滿足承載力要求，故無需驗算。橫梁自重為均布荷載，q=A*r=3.12*25=78kn/m4.8樁力計算、樁長確定靠船構件自重：靠船構件尺寸見圖3.14所示。2002002002004004006001000501000圖3.14靠船構件（單位mm）計算得到： （為自重作用位置距碼頭前沿的距離）。護輪坎為集中力，p=25*（0.25+0.3）/2*0.3*7=14.4375kn縱梁傳遞的集中力為：內外邊梁：中縱梁：系纜力水平分力和撞擊力完全由叉樁承受，豎向力引起的樁力按橫向排架為鉸接計算。初步設計時為簡化計算，橫向排架按多跨簡支梁進行計算。荷載N1N2N3N4N5N6N7N8N9N10N11永久荷載1056.321056.321076.251076.251076.251076.251076.251076.251076.251076.251076.25管廊荷載0140豎向機械荷載50050045000000000水平機械荷載0000098.698.60000系纜力000006506500000撞擊力00000257.5257.50000組合總力1556.321556.321526.251076.251076.252082.352082.351076.251216.251216.251216.254.8.1樁長計算根據《港口工程樁基規(guī)范》，樁基宜選擇中密或密實砂層，硬粘性土層,碎石類土或分化巖等良好土層作為樁基持力層。根據地質資料分析，陸相沉積層第eq\o\ac(○,4)層為粗礫砂，土層呈密實狀，該層土的樁側摩阻力和樁端承載力均較大，工程性質佳，是理想的樁尖持力層。最大樁力為：2073.75kN直樁；碼頭邊坡采用自然邊坡約為1：3，樁基最低入土高程為-13.0m；樁基頂高程4.0m；設計樁底高程為：-33.0m各層和值查表得單樁垂直極限承載力設計值：式中:——單樁垂直承載力分項系數，取1.45；——樁身截面周長；——樁在第i層土的長度（）；——單樁第i層土的極限側摩阻力標準（）；——持力層土的極限樁端承載力標準()；——樁身的截面面積?！休d力折減系數，取0.85本設計采用的鋼管樁根據《高樁碼頭設計與施工規(guī)范》，尺寸見圖3.19。直徑800mm，厚度20mm，則：樁周長， 考慮群樁效應=0.9*4139.8=3725.8KN滿足承載力要求，擬定樁長合理。4.9后方道路設計后方樁臺總寬為15.0m，縱向的結構分段與前方樁臺一致，橫向排架間距取5m，樁與樁帽固接，無縱梁，面板擱置在預制橫梁上。4.10面板計算如圖3.22所示，面板的預制層、現澆層、磨耗層厚度分別擬定為20cm，15cm，15cm，混凝土標號采用，取單位板寬計算。施工期按簡支板跨：，使用期按連續(xù)板跨：，荷載計算（1）、永久作用：，（2）、可變作用①施工荷載：，②堆貨荷載：，截面抗裂驗算（1）、施工期總彎矩：截面抗彎模量：抗裂安全系數，滿足要求。（2）、使用期總彎矩：截面抗彎模量：抗裂安全系數:，滿足要求。4.11橫梁計算如圖3.23所示，預制橫梁擱置在樁帽上，當作連續(xù)梁來計算。所以彎矩的計算跨度均按連續(xù)梁來計算：。（1）、永久作用：預制橫梁自重：面板及磨耗層傳自重：所以：，（2）、可變作用：堆貨荷載傳遞給橫梁：，截面抗裂計算總彎矩：截面抗彎模量：抗裂安全系數，滿足要求。4.12樁力計算荷載計算（1）、恒載作用下橫向排架上兩樁的樁力，（2）、堆載作用下橫向排架上兩樁的樁力樁承載力驗算樁力組合：樁底高程取-31m 滿足承載力要求第五章碼頭技術設計5.1面板設計5.1.1面板內力計算本部分根據《高樁碼頭設計與施工規(guī)范》、《港口工程荷載規(guī)范》、《港口工程混凝土結構設計規(guī)范》、《水工鋼筋混凝土結構學》進行設計。5.1.1.1結構尺寸及荷載設計中面板采用疊合板：施工期間由于現澆面層未達到強度設計值，只考慮預制板承載，預制板簡支在縱梁上；使用期間現澆板達到設計強度，并與預制面板連接成整體，面層和現澆板一起澆注。（1）、面板基本尺寸：由初步設計可知：面層厚，預制板厚，現澆板厚，預制板擱置寬度；（2）、預制梁高度：由初步設計得，縱梁為120cm；（3）、荷載：永久作用：自重可變作用：①短暫狀況：預制板作腳手架時施工荷載，預制構件吊運時的動力系數；②持久狀況：管廊荷載20KPa。5.1.1.2內力計算（1）、短暫狀況——施工期工況Ⅰ：預制板作腳手架，擱置在縱梁上，按簡支板計算，取最大跨度來計算凈跨計算跨度：彎矩剪力荷載作用：施工期荷載主要為面板自重和施工荷載①永久作用：②可變作用：施工荷載工況Ⅱ：預制板吊運內力預制板的分塊寬度，在施工條件允許且不因吊運而增加配筋時，應盡量加大，垂直板跨方向分為兩塊，如圖4.1。預制板采用四點吊，吊點距離板邊緣為0.3m，所以計算跨度為、，吊運動荷載系數，略去吊點至邊緣的自重，考慮到預制板凹凸平均厚度為0.01m，則：面板自重，彎矩。又，混凝土，根據《建筑結構靜力計算手冊》查表，線性插值得到：對應的，對應的對應的，對應的則：，，，（2）、持久狀況——使用期使用期現澆面板達到設計強度，與預制板共同承受荷載。面板為連續(xù)結構，按經驗系數法求面板內力，取最大跨度計算：凈跨計算跨度：彎矩：，剪力：管廊荷載彎矩：板厚與肋高之比：，彎矩系數為：支座-0.6，跨中0.65。所以：連續(xù)板跨中彎矩：連續(xù)板支座彎矩：剪力：②平板掛車荷載平板掛車最大載重噸為8t，自重2t，滿載軸輪壓為25kN，輪胎接地面積，具體尺寸如圖4.2所示。由《港口水工建筑物I》可知集中荷載的接觸寬度和傳遞寬度可以按下式計算：傳遞寬度：式中：——集中荷載在平行板跨方向的接觸寬度（m）；——墊層厚度（m）；——最外面集中荷載的中心間距（m）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和。集中荷載作用下單向簡支板和連續(xù)板計算寬度，集中荷載作用下單向簡支板和連續(xù)板計算寬度表5.1集中荷載作用下單向簡支板和連續(xù)板計算寬度荷載位置彎矩計算寬度荷載位置剪力計算寬度平行板跨方向垂直于板跨方向中置荷載荷載接觸面積中心位于板寬至y≥0.5bc荷載接觸面積中心位于板寬附近，且偏置荷載荷載接觸面積中心位于自由邊附近且y<0.5bc荷載接觸面積中心位于自由邊附近，且表中：——與板的寬跨比有關的系數——板寬——為荷載接觸面積中心和邊緣至板自由邊的距離；——荷載接觸面積中心至支座邊緣的距離；——分別為板厚與板的有效高度；——板的彎矩計算跨度；情況一、平板車垂直于板跨方向，對稱于跨中，如圖4.3,情況二、平板車垂直于板跨方向，荷載偏置,其中一組輪作用于跨中，如圖4.4,，情況三、平板車垂直板跨方向，一側輪位于板邊緣，如圖4.5,，情況四、平板車平行板跨方向，兩輪位于板邊緣，如圖4.6,，由上述計算可知，以堆貨荷載產生的內力為控制內力。面板內力計算匯總，見表5.2：表5.2內力計算匯總作用跨中彎矩支座剪力分項系數永久荷載自重24.7024.71.2可變作用短暫狀況施工荷載5051.3吊運荷載平行板跨8.49001.3垂直板跨10.89001.3持久狀況堆貨荷載28.39-26.21381.45.1.2面板配筋計算根據表5.2的面板內力進行配筋計算。5.1.2.1正彎矩配筋由于疊合板在施工期和使用期的有效斷面不同，永久荷載和可變荷載產生的內力應根據不同斷面分別配筋，實際采用鋼筋為兩者之和。計算公式為：，，，（1）、施工期預制板，混凝土強度等級為，故；安全級別為Ⅱ級，故；工作環(huán)境為Ⅱ級，查得板最小保護層厚度；面板配Ⅱ級鋼筋，則：；預估布置單排鋼筋，且直徑初擬為，則：。采用自重與施工荷載分別配筋：自重：跨中彎矩設計值，施工荷載：跨中彎矩設計值，組合：自重：施工：則需配筋面積（2）、使用期板厚，則，其他參數同施工期。采用自重和堆貨荷載分別配筋：堆貨荷載：跨中彎矩設計值，組合：，則需配筋面積（3）、吊運配筋平行板跨方向的彎矩進行配筋：跨中彎矩設計值，，則垂直板跨方向的彎矩進行配筋：跨中彎矩設計值，，則綜上所述，面板正彎矩配筋應為三者中最大的面積，即：。由配筋表查得配筋為：，實際配筋面積，經驗算滿足抗裂要求。5.1.2.2負彎矩配筋——支座處配筋負彎矩處預估布置單排Ⅱ級鋼筋，直徑為，板厚，其他參數及計算公式同正彎矩配筋。由堆載產生的支座彎矩設計值為：，，則取查得配筋為，實際配筋面積，配筋率滿足要求。5.1.2.3分布筋設計橫向分布筋采用Ⅰ級鋼筋，根據《港口工程混凝土結構設計規(guī)范》，當板承受輪壓或集中荷載且板寬跨比B/L大于1.5，板中間1/2板跨不小于35%，負彎矩處不小于25%。正彎矩處：，查得配筋為，實際配筋面積。另吊運預制板時垂直板跨方向存在彎矩，經驗算，所配分布筋滿足要求。負彎矩處：，為了施工方便取配筋為，實際配筋面積。5.1.2.4吊環(huán)設計：吊筋采用Ⅰ級鋼筋。構件自重設計值： 根據規(guī)范，