港口与水工建筑物课程设计方块码头设计计算书.docx
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港口与水工建筑物课程设计方块码头设计计算书
港口与水工建筑物课程设计
方块码头设计计算书
班级：
A13
姓名：
学号：
3.0波浪力.................................................................................................................................27
4.1.4结果50
港口水工建筑物课程设计任务书
——方块式码头
一、设计条件
在某海岸拟建一座万吨级的商品汽车滚装码头，有关设计条件和资料如下：
（一）设计船型
设计船型的船舶资料见表1。
表1船舶资料
船型
船长（m）
船宽（m）
型深（m）
B
144.0
19.4
11.2
（二）结构安全等级
结构安全等级为二级。
（三）自然条件
1．设计水位
设计高水位：
4.13m
设计低水位：
0.36m
极端高水位：
5.23m
极端低水位：
-1.34m
施工水位：
2.0m
2．波浪要素
50年一遇，H1%波浪高值为：
设计高水位：
H1%=1.665m，T=6.3s
设计低水位：
H1%=1.665m，T=6.3s
极端高水位：
H1%=1.665m，T=6.3s
3．地质资料
土层分布及物理力学指标见表2和表3。
表2地质指标
名称
分布标高（m）
重度标准值（kN/m3）
固块
备注
Φ（°）
C（kPa）
淤泥质粘土
原泥面
-2.6~-4.8
18.0
15
4
中粗砂
-4.8~-9.0
18.0
34
0
粘土
-9.0~-14.6
18.9
27
45
粉质粘土1
-14.6~-18.2
19.03
17
36
粉质粘土2
-18.2以下
18.8
22
38
表3e-p曲线表
p（kPa）
0
50
100
200
400
600
e
粘土
0.824
0.819
0.810
0.801
0.790
0.778
粉质粘土1
0.745
0.739
0.728
0.720
0.712
0.700
粉质粘土2
0.874
0.863
0.850
0.842
0.832
0.820
4．地震基本烈度为7度
（四）码头面荷载
堆存荷载：
当用于构件计算时：
q=40kPa
当用于整体计算时：
q=30kPa
门机荷载、铁路荷载
按《港口工程荷载规范》JTJ215—98附录C的Mh—4—25设计。
（以等代均布荷载代替，取q=30kpa
按干线机车计算。
船舶系缆力
ω=0.55KN/m2按普通系缆力计算
汽车荷载、其它起重设备机械。
汽车荷载及其它起重设备机械不计。
（五）材料指标
材料指标见表4
表4材料指标
材料名称
重度（kN/m3）
内摩擦角
Φ（°）
γ水上
γ水下
γ饱
路面混凝土C30
23
13
钢筋混凝土卸荷块体C30
24.5
14.5
混凝土方块C25
23
13
混凝土胸墙C30
23
13
墙后回填10~100kg块石棱体
18
11
21
45
（六）现已进行码头结构断面初步设计，码头面顶高程拟为5.5m，码头前沿水深为-9.00m。
初步拟定方案参见如图所示（其中设计水位均已改变，G1、G2、G3、G4、G5高度依次改为3000、2500、3000、3000、3000，其余尺寸可参见下图，若有不妥之处可适当改动）。
（七）课程设计目的、内容和要求：
1．目的：
训练用所学有关知识及有规范进行港口水工建筑物设计验算或计算的能力。
2．内容：
对初步拟定的码头结构断面方案进行计验算或计算，内容包括：
（1）作用的分类及计算；
（2）码头稳定性验算；
（3）基床和地基承载力验算；
（4）整体稳定性验算；
（5）卸荷块体承载力验算；
（6）地基沉降计算。
3．要求：
（1）格式按所发算例；
（2）所有计算给出计算公式、算式。
注：
该组的五位组员的卸荷板的外伸臂长度依次为2500与1250.前墙趾宽度1500
第二篇设计计算书
1.码头主要尺寸确定
1.1泊位长度
按单泊位计算
当Lt+Lj>d时，其泊位长度按下式计算：
Lb=L+Lt+Lj+d
式中：
Lt—船跳板在顺岸码头方向上的投影长度（m）；
Lj—接岸设施长度（m），根据港址水位差、接岸设施的类型和车辆的转弯半径等确定。
当Lt+Lj≦d时
即泊位长度（Lb）=船长（L）+2×富余长度（d）。
设计采用艉斜跳板式布置泊位，如图一，且满足Lt+Lj≦d
根据船长L=144.0m，按规范富余长度d取15m,所以L=144.0+2×15=174m。
富余长度d
设计船长（m）
<40
41~85
86~150
151~200
201~230
>230
富余值d（m）
5
8~10
12~15
18~20
22~25
30
图一：
艉斜跳板式
1.2泊位宽度
码头前沿停泊水位宽度B不小于2倍船宽，取B=40m。
1.3码头前沿高程
按《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）
基本标准:
码头前沿标高=设计高水位+超高
即：
H=4.13+1.0~1.5=5.13~5.63m，本码头有掩护，考虑预留沉降量，并充分考虑后方已形成的陆地、铁路、道路的高程，可取为H=5.5m。
1.4码头前沿底高程
根据《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）
码头前沿水深D=T+Z1+Z2+Z3+Z4
码头前沿底高程=设计低水位—D
表2-1-1码头前沿水深计算
船型
10000吨商品汽车滚装船
设计船型满载吃水T
8.7
龙骨下最小富裕水深Z1
0.2
波浪富裕深度Z2
0
配载不均匀增加值Z3
0.15
备淤富裕深度Z4
0.4
码头前沿水深计算值D
9.45
设计低水位
0.45
码头前沿底高程设计值
-9.00
1.5码头立面方块宽度
取宽度为5000mm。
1.6尺缝宽度
尺缝宽度取20mm。
1.7系船柱间隔
系船柱间隔取25m。
1.8变形缝间隔
变形缝间距取25m，设在两个系船柱中央线上。
2.作用的分类及计算
2.1结构自重力（永久作用）
自重力的的计算图式见码头断面图，如图二：
表4材料指标
材料名称
重度（kN/m3）
内摩擦角
Φ（°）
γ水上
γ水下
γ饱
路面混凝土C30
23
13
钢筋混凝土卸荷块体C30
24.5
14.5
混凝土方块C25
23
13
混凝土胸墙C30
23
13
墙后回填10~100kg块石棱体
18
11
21
45
2.1.1极端高水位情况
自重力：
计算见表2-2-1（以单宽m计）
力臂：
计算见表2-2-2
稳定力矩：
MGi=Gi×di，计算结果见表2-2-3.
表2-2-1自重力计算结果（KN）
层号
第一层
第二层
第三层
第四层
第五层
Gi
121.7
418.1
161.2
171.6
205.725
本层以上ΣGi
121.7
539.8
701
872.6
1078.325
第一层G1自重力计算：
0.27*1*23+0.03*1*13+1.7*1*11+1*1*13+2*2.73*13+2*0.27*23=121.7KN
第二层G2自重力计算：
G2=14.5*（2.5*7.5-0.5*0.5/2-（4+3）*1.25/2）+（（4+3）*1.25/2+（3-0.3）*4.5）*11+4.5*0.03*13+4.5*0.27*23=418.1KN
第三层G3自重力计算：
G3=（4.5*3-2.2*0.1/2）*13=161.2KN
第四层G4自重力计算：
G4=3*4.4*13=171.6KN
第五层G5自重力计算：
G5=（5.9*3-1.5*2.5*0.5）*13=205.725KN
表2-2-2力臂di计算（m）
Gi
G1
G2
G3
G4
G5
第一层
1.47
第二层
0.97
3.792
第三层
0.97
3.792
2.23
第四层
0.97
3.792
2.23
2.2
第五层
2.47
5.292
3.73
3.7
3.24
第一层G1力臂d1计算：
d1=（（0.27*1*23+0.03*1*13+1.7*1*11+1*1*13）*2.5+（2*2.73*13+2*0.27*23）*1）/121.7=1.47m
第二层G2力臂d2计算：
（0.5*2/3*0.125+0.25*1）/（0.125+1）=0.259m
（（1/3+3.5）*0.625+2*3.75）/（0.625+3.75）=2.262m
7/2+0.5=4m
钢筋混凝土卸荷块体力臂d21=（4*8.75+2.262*4.375+0.259*1.125）/（1.125+4.375+8.75）=3.171mA21=（8.75+4.375+1.125）*14.5=206.625
2.7*1.5=4.053+0.75=3.75m
3*（1.25+2.7）=11.854.5+1.5=6m
0.5*1*1.25=0.6253.5+2/3=4.167m
墙后回填10~100kg块石棱体力臂d22=（4.05*3.75+11.85*6+0.625*4.167）/（4.05+11.85+0.625）=5.379mA22=（4.05+11.85+0.625）*11=186.725
路面混凝土力臂d23=3+4.5/2=5.25mA23=0.27*4.5*23+0.03*4.5*13=29.7
d2=（d21*A21+d22*A22+d33*A23）/（A21+A22+A23）-0.5=3.792m
第三层G3力臂计算：
4.4*3=13.24.4/2=2.2
0.1*0.8=0.084.4+0.1/2=4.45
0.1*2.2/2=0.114.4+1/3*0.1=4.433
d3=（13.2*2.2+0.08*4.45+0.11*4.433）/（13.2+0.08+0.11）=2.23m
第四层G4力臂计算
d4=4.4/2=2.2m
第五层G5力臂计算：
0.5*1.5=0.751.5/2=0.75
1.5*2.5/2=1.8752/3*1.5=1
4.4*3=13.21.5+4.4/2=3.7
d5=（0.75*0.75+1.875*1+13.2*3.7）/（0.75+1.875+13.2）=3.24m
表2-2-3力矩MGi计算结果（KN•m）
Gi
G1
G2
G3
G4
G5
G每层
第一层
178.899
178.899
第二层
118.049
1585.4352
1703.4842
第三层
118.049
1585.4352
359.476
2062.9602
第四层
118.049
1585.4352
359.476
377.52
2440.4802
第五层
300.599
2212.5852
601.276
634.92
666.549
4415.9292
2.1.2设计高水位情况
自重力：
计算见表2.2.4。
力臂：
计算见表2.2.5.
稳定力矩：
MGi=Gi×di,计算结果见表2.2.6.
表2.2.4自重力计算结果（KN）
层号
第一层
第二层
第三层
第四层
第五层
Gi
151.49
452.855
161.2
171.6
205.725
本层以上ΣGi
151.49
604.345
765.545
937.145
1142.87
第一层在与极端高水位状态下相比自重力增加：
1.1*2*（23-13）+0.03*1*（23-13）+1.07*（18-11）=29.79KN
所以G1=151.49KN
第二层在与极端高水位状态下相比自重力增加：
0.03*3.5*（23-13）+1.07*4.5*（18-11）=34.755KN
所以G2=452.855KN
表2.2.5力臂di计算结果（m）
Gi
G1
G2
G3
G4
G5
第一层
1.456
第二层
0.956
3.854
第三层
0.956
3.854
2.23
第四层
0.956
3.854
2.23
2.2
第五层
2.456
5.354
3.73
3.7
3.24
第一层G1力臂d1计算：
d1=（（0.3*23+1.07*18+0.63*11+13）*1*2.5+（2*1.63*13+2*1.37*23）*1）/151.49=1.456m
第二层G2力臂d2计算：
（0.5*2/3*0.125+0.25*1）/（0.125+1）=0.259m
（（1/3+3.5）*0.625+2*3.75）/（0.625+3.75）=2.262m
7/2+0.5=4m
钢筋混凝土卸荷块体力臂d21=（4*8.75+2.262*4.375+0.259*1.125）/（1.125+4.375+8.75）=3.171mA21=（8.75+4.375+1.125）*14.5=206.625
1.07*4.5=4.8153+4.5/2=5.25m
1.63*4.5=7.3353+4.5/2=5.25m
3*1.25=3.754.5+3/2=6m
0.5*1*1.25=0.6253.5+2/3=4.167m
墙后回填10~100kg块石棱体力臂d22=（4.815*5.25*18/11+7.335*5.25+3.75*6+0.625*4.167）/（4.815*18/11+7.335+3.75+0.625）=5.359m
A22=（4.815*18/11+7.335+3.75+0.625）*11=215.48
路面混凝土力臂d23=3+4.5/2=5.25mA23=0.3*4.5*23=31.05
d2=（d21*A21+d22*A22+d23*A23）/（A21+A22+A23）-0.5=3.854m
其余层不变
表2.2.6力矩MGi计算结果（KN·m）
Gi
G1
G2
G3
G4
G5
G每层
第一层
220.569
220.569
第二层
144.824
1745.303
1890.127
第三层
144.824
1745.303
359.476
2249.603
第四层
144.824
1745.303
359.476
377.52
2627.123
第五层
372.059
2424.586
601.276
634.92
666.549
4699.39
2.1.3设计低水位情况
（1）自重力：
计算见表2-2-7（以单宽m计）
（2）力臂：
计算见表2-2-8
（3）稳定力矩：
MGi=Gi×di，计算结果见表2-2-9.
表2-2-7自重力计算结果（KN）
层号
第一层
第二层
第三层
第四层
第五层
Gi
198.5
651.777
161.2
171.6
205.725
本层以上ΣGi
198.5
850.277
1011.477
1183.077
1388.802
第一层G1自重力及力臂d1计算：
G1=0.3*23+1.7*18+1*23+2*3*23=198.5KN
d1=（（0.3*23+1.7*18+1*23）*2.5+2*3*23*1）/198.5=1.457m
第一层G2自重力及力臂d2计算：
G2=24.5*（2.14*7.5-0.14*0.14/2-（4+3）*1.25/2）+14.5*（7*0.36+0.36*0.36/2）+（（4+3）*1.25/2+（3-0.3）*4.5）*18+4.5*0.3*23=651.777KN
3.5*1.25*24.5=107.183.5/2=1.75
1.25*1*0.5*24.5=15.31253.5+1*1/3=3.833
0.75*7.5*24.5=137.81257.5/2=3.75
（7.5-0.14）*0.14*24.5=25.2448（7.5-0.14）/2+0.14=3.82
（7.5-0.5）*0.36*14.5=36.547/2+0.5=4
0.14*0.14*0.5*24.5=0.24012/3*0.14=0.093
0.36*0.36*0.5*14.5=0.93960.14+0.36/2=0.32
钢筋混凝土卸荷块体力臂
d21=（107.18*1.75+15.3125*3.833+137.8125*3.75+25.2448*3.82+36.54*4+0.2401*0.093+0.9396*0.32）/323.277=3.112mA21=107.1875+15.3125+137.8125+25.2448+36.54+0.2401+0.9396=323.277
2.7*1.5=4.053+0.75=3.75m
3*（1.25+2.7）=11.854.5+1.5=6m
0.5*1*1.25=0.6253.5+2/3=4.167m
墙后回填10~100kg块石棱体力臂d22=（4.05*3.75+11.85*6+0.625*4.167）/（4.05+11.85+0.625）=5.379mA22=（4.05+11.85+0.625）*18=297.45
路面混凝土力臂d23=3+4.5/2=5.25mA23=0.3*4.5*23=31.05
d2=（d21*A21+d22*A22+d33*A23）/（A21+A22+A23）-0.5=3.748m
其余层不变
表2-2-8力臂di计算（m）
Gi
G1
G2
G3
G4
G5
第一层
1.457
第二层
0.957
3.748
第三层
0.957
3.748
2.23
第四层
0.957
3.748
2.23
2.2
第五层
2.457
5.248
3.73
3.7
3.24
表2-2-9力矩MGi计算结果（kN﹒m）
Gi
G1
G2
G3
G4
G5
G每层
第一层
289.215
289.215
第二层
189.965
2442.860
2632.825
第三层
189.965
2442.860
359.476
2992.301
第四层
189.965
2442.860
359.476
377.52
3369.821
第五层
487.715
3420.526
601.276
634.92
666.549
5810.986
2.2土压力标准值计算
主动土压力系数计算
卸荷块体与胸墙组成的墙背近似L型，墙后填料为块石，Φ=45°按《重力式码头设计与施工规范》（JTJ290-98）3.5.1.2条规定，可近似按公式（3.5.1-10）计算：
Ka=tg2（45°-Φ/2）=tg2（45°-45°/2）=0.172
卸荷块体以下墙背按3.5.2条规定
取：
δ=Φ/3=45°/3=15°
查土力学表8-2得Ka=0.16
水平土压力系数Kax=Ka﹒cosδ=Kacos15°=0.16×cos15°=0.155
垂直土压力系数Kay=Ka﹒sinδ=Kasin15°=0.16×sin15°=0.041
土压力标准值按（JTJ290－98）3.5条计算。
式中：
cosα＝1
2.2.1墙后块石棱体产生的土压力标准值（永久作用）：
（1）极端高水位情况：
A：
地面B：
水位线C：
卸荷板下底面D：
过C点做与卸荷板下底面成Φ角的直线，交墙背于D点E：
过C点做与卸荷板下底面成45°+Φ角的直线，交墙背于点EF：
基床上底面
与A、B、C、D、E、F对应的主动土压力分别为e0、e1、（e2、e2′）、e3、e4、e5
土压力强度计算值，按规范《JTJ290-98》规范3.5.1条计算。
①土压力强度计算：
当计算卸荷板底面以上的主动土压力时，为简化计算可从卸荷板底面作一竖直面CA，假定该面为一竖直光滑的面，按朗肯公式计算作用于CA面上的土压力。
光滑情况下土压力的竖直分力为0。
接下来的计算都按照第一层、第二层的竖直分力为零进行计算。
下式计算中的h都是两点之间的高程差。
e0=0
e1=hAB*r1*ka=0.27×18×0.172=0.84（Kpa）
e2=（hAB*r1+hBC*r2）*ka=（0.27*18+5.23*11）*0.172=10.73（Kpa）
e2′=0
e3=hCD*r2*ka=2.476×11×0.16=4.36（Kpa）
e4=（hAB*r1+hBC*r2+hCE*r2）*ka=（0.27*18+5.23*11+6.28*11）×0.16=21.04（Kpa）
e5=21.04+（9-6.28）*11*0.16=25.83（Kpa）
1合力计算：
土压力合力Ei的计算结果见表2-2-10（以单宽m计算）。
2水平力EHi作用的力臂di，计算结果见表2-2-11。
3水平力EHi作用产生的倾覆力矩MEHi=EHi×di，计算结果见表2-2-12。
4垂直力EVi作用的力臂Li，计算结果见表2-2-13。
5垂直力EVi作用产生的倾覆力矩MEVi=EVi×Li,计算结果见表2-2-14.
表2－2－10土压力计算结果（KN）
层号
第一层
第二层
第三层
第四层
第五层
Ei
9.45
20.9125
8.284
39.702
69.462
EHi=Eicosδ
9.45
20.9125
8.00
38.349
67.095
EVi=Eisinδ
0
0
2.144
10.017
17.978
本层以上∑EHi
9.45
30.3625
38.3625
76.7115
143.8
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