[建筑]码头设计说明书.doc
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1、 1 目目 录录 摘 要 前前 言言1 1 第第 1 1 章章 设计资料设计资料 3 3 1.1 地理位置3 1.2 营运资料3 1.2.1 货运任务3 1.2.2 设计船型.3 1.3 自然资料3 1.3.1 气象3 1.3.2 水文4 1.3.3 河势6 1.3.4 工程地质条件.7 1.3.5 设计荷载.8 1.3.6 地震基本烈度.9 1.3.7 设计标准及规范9 1.4 材料供应及施工条件9 1.4.1 材料供应.9 1.4.2 施工条件.9 1.5 设计任务及要求10 1.5.1 设计任务.10 1.5.2 基本要求10 1.6 工作日程安排建议10 第第 2 2 章章 码头规模确
2、定及总平面布置码头规模确定及总平面布置1111 2.1 码头的营运资料11 2.1.1.运量.11 2.1.2 设计船型基本尺度.11 2.2 装卸工艺设计11 2.2.1 装卸工艺设计原则.11 2.2.2 主要设计参数.11 2 2.2.3 工艺方案.12 2.2.4 装卸机械设备的选型12 2.2.5 工艺流程.12 2.2.6 装卸机械设备.12 2.3.码头规模的确定.13 2.3.1 集装箱码头泊位年通过能力的计算13 2.3.2 码头泊位数的确定14 2.3.3 库场计算14 2.3.4 集装箱码头大门所需车道数15 2.3.5 拆装箱库、场计算15 2.4 码头总平面布置16
3、2.4.1.码头前沿线的确定.16 2.4.2. 码头前沿高程的确定.16 2.4.3. 码头设计水深的确定.16 2.4.4.码头设计低水位的确定.16 2.4.5. 设计河底高程的确定.17 2.4.6. 泊位长度和码头长度的拟定.17 2.4.7 码头前沿停泊水域17 第第 3 3 章章 结构方案设计及工程概算结构方案设计及工程概算 1818 3.1.方案设计.18 3.2 工程概算19 3.2.1 主要编制依据.19 3.2.2 编制范围.19 3.2.3 总图及水工结构工程概算单价.19 3.2.4 投资概算.20 第第 4 4 章章 推荐方案推荐方案 2626 4.1.码头结构案特
4、点.26 4.2 方案推荐26 第第 5 5 章章 结构内力计算结构内力计算 2727 5.1 计算模型27 5.2 作用28 5.2.1 永久作用.28 3 5.2.2 可变作用31 5.3 荷载计算工况36 5.3.1 恒载36 5.3.2 可变荷载37 5.4 计算结果45 5.5 作用效应组合47 5.5.1 承载能力极限状态下的持久状况作用效应的持久组合47 5.5.2 正常使用极限状态的作用效应组合.47 第第 6 6 章章 配筋计算配筋计算 5555 6.1 横梁的配筋计算.55 6.1.1 材料参数.55 6.1.2 截面尺寸校核.55 6.1.3 EF 段跨中受弯截面配筋计算
5、.56 6.1.4 BC 段处 B 左端支座上部受弯承载力配筋计算.57 6.1.5 FG 段左端支座处受剪承载力计算.58 6.1.6 横梁按正常使用极限状态验算59 6.2 前排桩基的配筋计算60 6.2.1 纵向钢筋计算,按偏心受压构件考虑.60 6.2.2 求桩的承载力.61 6.2.3 裂缝宽度验算.62 6.2.4 挠度算验62 6.2.5 抗剪验算63 6.2.6 嵌岩桩轴向抗压承载力核算63 6.2.7 抗拔验算64 结结 论论 6565 谢谢 辞辞 6666 主要参考文献主要参考文献 6767 附录附录 6969 1.横梁与前排桩基内力结果.69 2.图纸.80 1 前 言
6、重庆是以山城著称,但对于交通建设来讲,却是困难重重。因为重庆通往四川以 及周边省区的道路大都是要穿山越岭,这不但提高了施工难度,而且增加了工程造价。 然而重庆的水运情况却是良好的,它环抱两江,水资源十分丰富。综观重庆的码头结 构形式,都是以斜坡式码头为主。众所周知,斜披码头的装卸效率较低。对于重庆直 辖后的经济飞速发展的需要,原先的码头已经不能适应当前的发展了;再加上三峡库 区蓄水后水位的大幅度升高,以后万吨级油轮就可以直接从上海开到重庆,这必然给 重庆带来前所未有的发展机遇,因此修建可以适应这个变化的新的、容量大的而且装 卸效率很高的集装箱码头就成为了燃眉之急。经过多方面的论证,将港址选择了
7、寸滩, 这里的水深条件适宜,河流的冲淤情况也可满足建港的要求,而且交通便利。因此在 此设计一座集装箱港口码头,对于重庆的快速发展将会起着举足轻重的作用。 寸滩港的设计水位高低水位差为 33.3m,要在这么大的水位高差下修建高桩直立 式码头,这在先前的国内以及国际上都是没有任何先例的。这是一个挑战,一个尝试, 一个创举。建成后将会对传统的高桩码头设计规范进行修改,可以说是具有很大 的划时代意义的。第二就是整个寸滩集装箱码头降水是长江上游规模最大、最蔚为壮 观的,从码头前沿线到码头后方平台,延续数百米,高差达五十一米,对于港口工程 来说,坡度是很大的。因此集装箱要分级分层堆放,中间要修建缓坡道路进
8、行连接, 从正面看就好像蜿蜒的一条巨龙盘踞在长江边,雄伟至极。第三就是所用的直桩都是 大直径钻孔灌注桩,每根桩的造价都是很高的,达几十万,这就给桩基施工带来了很 大的挑战。第四就是寸滩的地形非常复杂,这给结构的的计算带来了很大的难题。现 行高桩码头设计规范中,在水平荷载作用下,把空间机构简化为平面结构计算,在竖 向荷载作用下,则简化为平面结构或弹性支座连续梁计算,这种简化偏于保守。鉴于 这些问题的存在,南京水利科学院研究院的洪小林、柏文正等人(1995 年)研究编制 了 NOSAPS 程序对高桩码头结构进行整体空间受力计算。随着对结构计算软件的不断 开发,一些大型结构计算已不断高效化。但一些程
9、序如用到高桩码头上,它的后处理 及操纵的复杂性为设计人员无法接受。为此,交通部三航院技术开发处、电算室与河 海大学力学系通过几年的共同努力,针对高桩码头编制了有限元空间静力分析得专用 程序 SAPT,使技术人员在数据库准备、计算速度及结果整理方面受益较大。再根据谢 殿武、王多垠两位专家对内河架空直立式码头接岸结构的选择探讨和内河架空直立式 集装箱码头结构关键技术研究R(重庆交通大学刊物,2006) ,可以看出在内河大水 2 位差的情况下设计架空直立式框架码头是具有一定的理论依据。现修建好的国内第一 座大水位差直立式集装箱多用途码头是四川泸洲国际集装箱码头,该码头采用高桩绗 架结构。还有武汉港集
10、装箱码头也是采用高桩绗架结构。这些都为在内河大水位差的 情况下设计架空直立式框架码头提供一定的经验基础。本设计采用全直桩框架码头结 构,这不但解决了船舶的系缆问题,而且大大提高了码头的装卸效率。在受力上,本 结构体现的优点在于桩间距的合理布置以及靠船桩。由于桩间距的合理布置就可使得 上部结构的两个轨道梁都恰好放在两排桩上,这对整个码头结构的受力性能大大提高 了;由于在靠船构件下设置靠船桩,这就大大减小了前排桩基的内力(根据寸滩研究 报告),从而可以防范前排桩基和前排立柱的偏压破坏。根据第三章工程估算表也可 看出,本设计方案较经济合理。在结构计算上,本设计先采用手算算出加载到结构上 的荷载,然后
11、借助商业大型通用软件 ABAQUS 进行结构内力计算。 当然,由于初次做这样全面的设计,又没有任何的实际工作经验,只能凭借一点 点的理论知识和自己对施工比较模糊、肤浅的理解来完成这份设计,其中的疏漏错误 之处敬请各位老师和同学们指正和改进。 3 第 1 章 设计资料 1.11.1 地理位置地理位置 拟建寸滩港区位于长江北岸羊坝滩社、长江航道局重庆修造厂范围,地理座标在 X=7460075050m,Y=6570066650m。在建的江北区五桂一级公路通过港区后方,拟 建的金山大道与港区相邻,港区后方 1.8km 为渝长高速公路,交通条件极为方便。 1.21.2 营运资料营运资料 1.2.11.2
12、.1 货运任务货运任务 该码头工程为集装箱专用码头,设计年吞吐量为 70 万 TEU/年,按照“一次规划, 分期建设”的原则进行建设,一期工程设计为 20 万 TEU/年。 1.2.21.2.2 设计船型设计船型 根据调查目前长江上集装箱运输船舶,并结合长远发展,设计船型采用 190TEU 集装箱船,其设计基本尺度如下表 1。 表 1 设计船型基本尺度 设 计 主 要 尺 度(m) 船 型 型长型宽型深满载吃水 备 注 190TEU 集装箱船 9014.24.53.2 兼顾 220TEU 集装箱船 1.31.3 自然资料自然资料 1.3.11.3.1 气象气象 风况 根据重庆市陈家坪气象站 1
13、965 年1985 年二十年间的气象资料统计分析,以 N、NNE 及 NE 风向较多,其频率分别为 13。5%、10%和 12%,静风频率为 33%。又 据重庆市沙坪坝气象站 1941 年1961 年统计分析资料: 最大风速: 26.6m/s(1949 年 7 月 24 日) 定时(2 分钟)最大风速: 20.0m/s(1949 年 5 月 26 日) 4 瞬间极大风速: 27.0m/s(1961 年 8 月 4 日) 降水 年平均降雨量: 1082mm 月最大降雨量: 207.5mm 年平均降雨日数: 153 天 年最大降雨量: 1353.9mm(1970 年) 年最小降雨量: 911.7m
14、m(1971 年) 年最多降雨日数: 174 日(1974 年) 年最少降雨日数: 139 日(19784 年) 平均降雪日: 1 天 雾况 根据沙坪坝气象站资料(1941 年1961 年) 历年平均雾日数: 129.8 日 年最多雾日数: 205 日(1950 年) 年最多雾日数: 56 日(1952 年) 气温 历年平均气温: 18.3 最高气温: 41.3 最低气温: 2.3 根据上述自然状况进行分析,港口不可作业天数见下表 2。 表 2 港口不可作业天数分析计算表 序号影响作业天数不可作业天数备注 1大风1012 天 2降水(雨、雪、雷暴)20 天 3雾78 合计35 天 考虑风雨雾出
15、现 过程的重叠 由表 2 可知,拟建工程作业天数可定为 330 天。 1.3.21.3.2 水文(黄海高程系,下同)水文(黄海高程系,下同) 寸滩河段处于低山丘陵区,河道比较宽阔,水量充沛。水情变化主要受金沙江、 5 岷江及嘉陵江来水变化影响。据多年统计资料,在 13 月处于枯水平稳时期,从 4 月下旬起出现小峰并逐渐进入中高水时期,79 月多为洪水时期,11 月以后,呈缓 慢降落状态。年内低水位常出现在 2 月中旬至 3 月下旬。天然状况下每年各月份的平 均水位如下表 3 所示。 表 3 天然状况下每年各月份的平均水位表(黄海高程,m) 1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月
16、10 月11 月12 月 157.5157.4157.6158.8161.0164.5168.9168.5168.2165.1161.2158.9 拟建港区下游 1.5Km 处设有寸滩水文站,上游 6Km 处有重庆水文站。两站均有较 长系列的水沙实测资料。港区设计水位的推算主要依据以寸滩水文站实测资料为主, 并参考上游重庆水文站的水文资料。港区水位特征值及设计水位值如下(黄海基准面) 。 历年最高洪水位: 189.96m 历年最低枯水位: 156.62m 常年水位差: 25.0m 最大水位差: 33.5m 设计高水位: 190.92m(重现期二十年) 设计低水位: 157.60m 2006 年
17、以前: 157.06m(98%保证率) 2006 年2009 年: 157.62m(最低通航水位) 2009 年后: 158.02m(最低通航水位) 施工水位: 159.62m 从目前拟定的三峡水库运行方式来看,寸滩重庆河段的水位变化取决于入库流量 的大小。国内科研单位以 175-145-155M 方案所做的物理模型实验表明,长寿以下河 段处于常年回水区,寸滩至江津重庆河段处于回水变动区。该方案运行初期,汛期寸 滩河段基本不受水库雍水影响;水库运行 30 年后,在寸滩 Q=30000m3/s 流量时,水 位雍高值为 23 米,随着水库运行的时间推移,汛期水位雍高值还将会有所增加, 水库建成后,
18、寸滩港区每年各月份的平均水位如下表 4 所示。 表 4 三峡水库建成后每年各月份的平均水位表(黄海高程,m) 1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月 171.4168.4168.5170.0162.0165.0169.5169.0168.8168.5173.4173.4 结合本河段水文条件在三峡水库建设营运的情况以及以后工程建设计划,寸滩一 期工程的设计低水位采用 157.62m,设计高水位则按水库运行 30 年后本河段的水位情 6 况来考虑。这样,本工程建成后,可适应三峡水库蓄水初期和正常蓄水后的各种变化 情况。 1.3.31.3.3 河势河势 拟建港
19、区位于寸滩镇上游约 1.5Km 处,距上游长江与嘉陵江汇合口约 6Km。港区 所处河段微弯平顺,河道左岸为凹岸,港区处于凹岸中部,附近一带区域岸坡较陡, 深水傍岸;河道右岸为砂卵石滩,从上至下有草鞋碛、蛮子碛和母猪碛依次排列,中 洪水碛体淹没。 天然情况下,本河段主流偏向港区一侧,常年深水傍岸,寸滩石嘴有斜流。由于 枯水期草鞋碛、蛮子碛出露水面,迫使水流偏向左岸港区一侧;中洪水时,碛体淹没, 主流移向江心。港区下游约 3Km 的黄角滩是重庆河段的浅滩之一,浅区自三家滩至斗 套石,长约 1Km。相比之下,港区附近一段水域条件较好,能适合码头、船舶正常作 业。 据不同年代测图比较,寸滩河段河床基本
20、稳定,岸坡亦无较大变化。汛期在河床 上发生的淤积,在汛后基本上被冲刷下移。本河段无累积性淤积现象。碍航情况也很 少发生。枯水期该河段最小水深一般为 3m 左右,深槽平均 1020m,洪水期都在 30m 以上,有的窄深河段可达 5060m。本河段下游不远处是川江有名的铜锣峡,峡长约 3Km,宽超过 300m。两岸山岩陡峭,河谷窄深,断面呈“V”型,其过水断面积随水位 上升而增加的速率与开阔河段相比要小得多。中洪水时,铜锣峡因峡谷过水断面积较 上游寸滩河段小,致使峡谷河槽来水作用加强,形成卡口,对上游产生雍水作用,故 寸滩河段在汛期大流量时,流速相对较缓,这对船舶靠离码头比较有利。 三峡工程建库后
21、,重庆寸滩港区基本处于变动回水区的中上段,按照水库年内运 的行方式,本河段既有天然河道又有水库的两种属性,即汛期坝前防洪限制水位较低, 本河段虽受一定的雍水影响,但仍处于畅泄状态,基本上保持天然河道的特性;汛后 蓄水期受水库蓄水的影响,又呈现水库的特点,致使成库后的水位历时过程与天然的 情况发生明显的变化,来水来沙条件也不同于天然情况。 水库蓄水后,抬高了侵蚀基面,改变了原河道的水流特性,过水断面增大,比降 减少,流速降低,水流挟沙能力削弱,泥沙在库区落淤。库区河道将在新的侵蚀基面 的基础上,塑造新河道。新河道的塑造过程,也是水库淤积末端的发展过程。影响淤 积末端的因素很多,来水量、来沙量、来
22、沙组成及沿时程的变化,变动回水河谷形态、 河床组成、水库运行方式、坝前水位等,都将影响淤积末端的位置。 一些研究成果表明:就 175-145-155 方案,各单位研究得出的 80 年末重庆河段 7 淤积总量虽有较大差别,但航道与港区演变和改善情况的总规律是基本一致的。泥沙 淤积部位总的分布是:两岸边滩、回流区、弯道凸岸、江心洲的支叉和峡谷河段上下 婶沱区。从淤积的横段面形态看,起特点是两岸边滩淤高扩宽,深槽虽有淤积,但无 论从淤积数量还是淤积速度均小得多,成为高滩深槽的河床形态。同一水位下,淤积 后的河宽小于天然状态下的河面宽度,呈现高滩深槽的端面形态,总的趋势是河道继 续向窄深、顺直、微弯方
23、向发展。在正常蓄水位 175m 时,寸滩港区淤积后采用人工 疏浚方式加以解决,不会出现大的碍航影响。 1.3.41.3.4 工程地质条件工程地质条件 地形、地貌 工程场地地貌为构造剥蚀浅丘地貌单元及长江河漫滩、一级阶地河流地貌单元。 场地整体地形呈北西高南东低斜坡状,集装箱堆场区中部发育一条冲沟,冲沟切割深 度为 1020m,冲沟的汇水面积约 1.0km2,常年流水。为上游电镀厂和红星造纸厂排 放的生活废水。 拟建集装箱堆场及泊位区内东西两侧地势较高,中间为冲沟,地形起伏较大,坡 面坡度为 1020,地面高程为 153.60(水下)222.56m,相对高差为 68.96m;场 地西部的河漫滩及
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