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：00目录第一篇设计任务书..................................................31设计资料......................................................3........................................................................................3....................................................................................................................31.1.2地形地质条件....................................................................................................31.1.3波浪....................................................................................................................4............................................................................................................41.1.5地震资料............................................................................................................41.2材料指标............................................................................................................4............................................................................................................4..............................................................................................................4 1.3.2门机、铁路荷载................................................................................................4船舶系缆力........................................................................................................41.3.4汽车荷载及其它起重设备机械.........................................................................51.4船型....................................................................................................................5第二篇设计计算书..................................................61尺寸的确定....................................................7............................................................................................................7............................................................................................................71.3码头顶高程........................................................................................................7............................................................................................71.5码头立面方块宽度............................................................................................71.6尺缝宽度............................................................................................................7........................................................................................................7........................................................................................................72作用的分类及计算..............................................8........................................................................................................8................................................................................................92.1.2设计高水位情况..............................................................................................112.1.3设计低水位情况..............................................................................................13..........................................................................................15192.2.2码头 面堆货荷载..............................................................................................21........................................................................232.3船舶荷载(可变作用)......................................................................................242.3.1系缆力..............................................................................................................252.3.2撞击力、挤靠力..............................................................................................263.0波浪力.................................................................................................................................273.1码头稳定性验算...............................................34..........................................................................................................363.1.1作用效应组合..................................................................................................37013.1.2承载能力极限状态设计表达式......................................................................423.2短暂状况..........................................................................................................463.3偶然状况..........................................................................................................484基床和地基承载力验算.........................................49..........................................................................................50..........................................................................................................50..........................................................................................................50..........................................................................................................50.............................................................................................. 50..........................................................................................................50......................................................................................................505卸荷块体承载力计算...........................................52.............................................................53..........................................................................................................545.35502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（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：2.0m2．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=6.3s3．地质资料土层分布及物理力学指标见表2和表3。 表2地质指标表3e-p曲线表034．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（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）。04（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150005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。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06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，如图二：07表4材料指标自重力：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.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=418.1KN08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第一层G1力臂d1计算：09d1=（（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）=2.262m7/2+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=206.6252.7*1.5=4.053+0.75=3.75m3*（1.25+2.7）=11.854.5+1.5=6m0.5*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=29.7d2=（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=2.20.1*0.8=0.084.4+0.1/2=4.450100.1*2.2/2=0.114.4+1/3*0.1=4.433d3=（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=0.751.5*2.5/2=1.8752/3*1.5=14.4*3=13.21.5+4.4/2=3.7d5=（0.75*0.75+1.875*1+13.2*3.7）/（0.75+1.875+13.2）=3.24m 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2.2.6.011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）=2.262m7/2+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=206.6251.07*4.5=4.8153+4.5/2=5.25m1.63*4.5=7.3353+4.5/2=5.25m3*1.25=3.754.5+3/2=6m0.5*1*1.25=0.6253.5+2/3=4.167m012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）=5.359mA22=（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=31.05d2=（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）（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）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=198.5KNd1=（（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：013G2=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=651.777KN3.5*1.25*24.5=107.183.5/2=1.751.25*1*0.5*24.5=15.31253.5+1*1/3=3.8330.75*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=0.0930.36*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=323.2772.7*1.5=4.053+0.75=3.75m3*（1.25+2.7）=11.854.5+1.5=6m0.5*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=31.05d2=（d21*A21+d22*A22+d33*A23）/（A21+A22+A23）-0.5=3.748m其余层不变014表2-2-9力矩MGi计算结果(kN﹒m)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。nen1?(?γihi)Kancosαen2＝(i?0n?1?γi?0ihi)Kancosα式中：cosα＝12.2.1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：015A：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=0e1=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′=0e3=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)016图相交处土压力 017（2）设计高水位情况：①土压力强度计算：e0=0e1=1.37×18×0.172=4.242(Kpa)e2=(1.37×18+4.13×11)×0.172=12.055(Kpa)e2′=0e3=2.476×11×0.16=4.358(Kpa)e4=(1.37×18+4.13×11+6.28×11)×0.16=22.267(Kpa)e5=22.267+(9-6.277)×11×0.16=27.060(Kpa)主动土压力分布图见下图2-2-2b。②合力计算：土压力合力Ei的计算结果见表2.2.15.。③水平力EHi作用的力臂di，计算结果见表2.2.16。④水平力EHi作用产生的倾覆力矩MEhi=EHi×di,计算结果见表2.2.17。⑤垂直力Evi作用的力臂Li，计算结果见表2.2.13。⑥垂直力Evi作用产生的稳定力矩MEvi=Evi×Li,计算结果见表2.2.18。表2－2－15土压力计算结果(KN)018019(3)设计低水位情况：①土压力强度计算：e0=0e1=5.14×18×0.172=15.913(Kpa)e2=（5.14*18+0.36*11）*0.172=16.595(Kpa)e2′=0 e3=4.358(Kpa)e4=(5.14*18+0.36*11+6.28*11)×0.16=26.490(Kpa)e5=26.490+2.723×11×0.16=31.282(Kpa)②合力计算：土压力合力Ei的计算结果见表2－2－19。③水平力EHi作用的力臂di，计算结果见表2－2－20。④水平力EHi作用产生的倾覆力矩MEhi=EHi×di,计算结果见表2－2－21。⑤垂直力EVi作用的力臂Li,计算结果见表2－2－13。⑥垂直力EVi产生的稳定力矩MEVi=EVi×Li，计算结果见表2－2－22。表2－2－19土压力计算结果(KN)0202.2.2码头面堆货荷载q=30Kpa产生的土压力标准值（可变作用）主动土压力系数同前。（1）土压力强度计算，按《重力式码头设计与施工规范》（JTJ290—98）3.5.1条计算。e=qKqKa,cos?cos0???1,其中kq=Kq=?cos(???)cos0所以e=qka.e0=30×0.172=5.16(kpa)e1=30×0.16=4.8(Kpa) 021土压力分布图见下图：（2）合力计算（以单宽m计算）：土压力合力Eq1的计算结果见表2-2-23。（3）水平力Eq1Hi作用的力臂di，计算结果见表2-2-24。（4）水平力作用产生的倾覆力矩MEq1Hi=Eq1Hi×di，计算结果见表2-2-25。（5）垂直力Eq1vi作用的力臂Li，计算结果见表2-2-13.。（6）垂直力Eq1vi作用产生的稳定力矩MEq1vi=Eq1vi×Li,计算结果见表2-2-26.表2－2－24力臂di计算结果（m）022表2－2－25倾覆力矩MEhu计算结果（kN﹒m）表2－2－26力臂Li计算结果（m）表2－2－27稳定力矩MEvi计算结果（kN﹒m）2.2.3门机铁路荷载在实际工程中采用等代均布荷载的方式处理：沿钢轨长度方向将轮压力化为线荷载，再将这些线荷载通过轨枕道渣等沿码头横向传布，达一定深度后成均布荷载，并移至地面。取等代均布荷载为30kPa。(1)土压力强度计算，按（JTJ290-98）规范3.5.1条计算eo=30×0.172=5.16(kPa)e1=30×0.16=4.8(kPa)土压力分布同码头面堆货荷载分布023(2)合力计算（以单宽m计）：土压力合力的计算结果见表2.2.27。(3) 水平力Eq2Hi作用的力臂di，计算结果见表2.2.28。(4)水平力Eq2Hi作用产生的倾覆力矩MEq2Hi=Eq2Hi×di，计算结果见表2.2.29。(5)垂直力Eq2Vi作用的力臂Li，计算结果见表2.2.13。(6)垂直力Eq2Vi作用产生的稳定力矩MEq2Vi=Eq2Vi×Li，计算结果见表2.2.30。表2.2.27土压力计算结果（KN）Ehi表2.2.30稳定力矩MEvi计算结果（KN·m）0242.3船舶荷载(可变作用)2.3.1系缆力(1)船舶受力面积:由于条件不足，船舶的受力面积无法计算求出，查（JTS144-1-2010）附录H可得按10000t滚装船，取75%保证率考虑，受风面积AXW在满载时为2560m2在压载时受风面积为2760m2，受风面积AyW在满载时为632m2在压载时为690m2只考虑风向垂直船舶纵轴时,在无特殊要求时风速可按九级风速20.8~24.4m/s考虑，此时取V=22m/s(2)作用在船舶上的计算风压力，按（JTJ144-1-2010）规范(E.0.1-1)式计算。FXW=73.6×10-5AXWV2ζ1ζ2，式中V=22m/s; ζ1―――风压不均匀折减系数，根据船长L=144.0m，查（JTJ144-1-2010）规范表（E.0.3），取0.812。ζ2―――风压高度变化修正系数，根据型深=11.2m，查（JTJ144-1-2010）规范表（E.0.4）取1.21。满载时：FXW=73.6×10-5×2560×222×0.812×1.21=895.993(kN)压载时：FXW=73.6×10-5×2760×222×0.882×1.21=965.992(kN)(3)系缆力：按（JTJ144-1-2010）规范10.2.1-1计算①系缆力标准值计算：?Fy?FxKN?[＋]nsinαcosβcosαcosβ式中：N、NX、NY、NZ－分别为系缆力标准值及其横向、纵向和竖向分力（kN）。∑FX、∑FY－分别为可能同时出现的风和水流对船舶作用产生的横向分力总和及纵向分力总和（kN）。n－计算船舶同时受力的系船柱数目，由表10.2.2查得n=3。K－系船柱受力分布不均匀系数，当实际受力的系船柱数目n=2时，K取1.2，n>2时，取1.3。对于海船码头α－系缆力的水平投影与码头前沿线所成的夹角（30°）。β－系船缆与水平面之间的夹角（15°）。。。α、β按表10.2.3取值：α=30β=15∑FX=FXW，∑FY=0（水流速度很小，因此产生的系缆力忽略不计）1.3965.992N?[＋0]?866.726(kN)??3sin30cos15 按照（JTJ215－98）规范10.2.5-1条规定，DW=10000t的船舶系缆力标准值应不小于400Kn,取N=866.726kN。横向分力：NX=Nsinαcosβ=866.726×sin30?cos15?=418.597(kN)025竖向分力：NY=Nsinβ=866.726×sin15?=224.325(kN)②系缆力的横向分力NX沿码头高度的分布及其产生的倾覆力矩MPRi1,计算结果见表2.2.32。③系缆力的垂直分力NZ沿码头高度的分布，见表2.2.32。系缆力产生的总倾覆力矩：MPRi?MPRi1?MPRi2,计算结果见表2.2.33。方块如图分布，可得系缆力在第一层的分布宽度为6m，第一层的分布宽度为11m，第一层的分布宽度为17m，第一层的分布宽度为23m，第一层的分布宽度为29m)0262.3.2撞击力、挤靠力对该码头的结构稳定性计算不起控制作用，略。2.4波浪力（可变作用）计算码头墙前波谷时的波浪压力及计算层底面的波浪浮托力标准值。1.极端高水位（5.23m）H1%=1.665m，T=6.3s1）确定波态:按《海港水文规范》（JTJ213-98）表8.1.1确定。 基床采取暗基床形式，Tg/d?6.3?.81/14.23?5.23?82H=2*1.665=3.33<d=14.23确定为立波。2）波浪压力强度：L0?gT^2/(2π)?61.97d/L0?14.23/61.97?0.2296查附录G得：d/L=0.2503故L=56.85m，又H/L=1.665/56.85=0.029<1/30,0.2<d/L<0.5P'd??H?10.10*1.665?6.69(chkPa)Lch56.85静水面处波浪压力为零。静水面以下深度H-hu处波浪压力强度按（8.1.3-8）式计算：P's??(H?hs)其中超高hs按照（8.1.3-1）式进行计算：hs?πH^22πdπ?1.665^22π?14LcthL?56.85cth.2356.85?0.167（m）则H-hs=1.665-0.167=1.498（m）P's??(H?hs)?10.10*1.498?15.13(kPa)波浪压力分布图见下图：5.23m 027表2.4.2力臂di计算结果（m）表2.4.3Mphi计算结果（KN·m）028m/m2.设计高水位（4.13m）H1%=1.665m，T=6.3s3）确定波态:按《海港水文规范》（JTJ213-98）表8.1.1确定。基床采取暗基床形式，Tg/d?6.3?.81/13.13?5.45?82H=2*1.665=3.33<d=13.13确定为立波。4）波浪压力强度：L0?gT^2/(2π)?61.97d/L0?13.13/61.97?0.2119查附录G得：d/L=0.2353故L=55.80m，又H/L=1.665/55.80=0.030<1/30,0.2<d/L<0.5P'd??H10.10*1.665ch??7.289(kPa)Lch55.80029静水面处波浪压力为零。静水面以下深度H-hu处波浪压力强度按（8.1.3-8）式计算： P's??(H?hs)其中超高hs按照（8.1.3-1）式进行计算：πH^22πdπ?1.665^22π?13.13hs?cth?cth?0.173（m）LL55.8055.80则H-hs=1.665-0.173=1.492（m）P's??(H?hs)?10.10*1.492?15.07(kPa)波浪压力分布图见下图：4.13m表2.4.6力臂di计算结果（m）030表2.4.7Mphi计算结果（KN·m）m/mH1%=1.665m，T=6.3s5）确定波态:按《海港水文规范》（JTJ213-98）表8.1.1确定。基床采取暗基床形式，Tg/d?6.3?9.84/9.36?6.46?80312H=2*1.665=3.33<d=9.36确定为立波。6）波浪压力强度：π)?61.97L0?gT^2/(2d/L0?9.36/61.97?0.1510查附录G得：d/L=0.1841故L=50.84m，又H/L=1.665/50.84=0.0327<1/30,0.2<d/L<0.5?H10.10*1.665P'd???9.625(kPa)2πd2π*9.36chchL50.84 静水面处波浪压力为零。静水面以下深度H-hu处波浪压力强度按（8.1.3-8）式计算：P's??(H?hs)其中超高hs按照（8.1.3-1）式进行计算：πH^22πdπ?1.665^22π?9.36hs?cth?cth?0.210（m）LL50.4850.48则H-hs=1.665-0.210=1.455（m）P's??(H?hs)?10.10*1.455?14.696(kPa)波浪压力分布图见下图：0.36m表2.4.10力臂di计算结果（m）032表2.4.11Mphi计算结果（KN·m）m/m2.5地震惯性力（偶然作用）在本设计中不考虑偶然作用的影响。为防止方块码头在振动下因损失摩擦力而解体，可减少方块层数，在方块间设榫槽以提高其抗滑能力，增加整体性。在方块中预留竖向孔洞，内插钢筋笼或型钢，然后浇筑混凝土，把各层方块连成整体。033工程选择尽量选择对抗震有利地段。3码头稳定性验算3.1持久状况3.1.1作用效应组合 持久组合一:极端高水位时的永久作用+波谷作用(主导可变)+均载、门机铁路荷载(非主导可变)持久组合二:设计高水位时的永久作用+波谷作用(非主导可变)+均载、门机铁路荷载(主导可变)持久组合三:设计低水位时的永久作用+系缆力(主导可变)+均载、门机铁路荷载(非主导可变)持久组合四:极端高水位时的永久作用+系缆力(主导可变)+均载、门机铁路荷载(非主导可变)持久组合五:设计高水位时的永久作用+系缆力(主导可变)+均载、门机铁路荷载(非主导可变)持久组合六:设计低水位时的永久作用+波谷作用(主导可变)+均载、门机铁路荷载(非主导可变)持久组合七:极端高水位时的永久作用+波谷作用(非主导可变)+均载、门机铁路荷载(主导可变)持久组合八:设计高水位时的永久作用+波谷作用(主导可变)+均载、门机铁路荷载(非主导可变)持久组合九:设计低水位时的永久作用+波谷作用(非主导可变)+均载、门机铁路荷载(主导可变)3.1.2承载能力极限状态设计表达式1）码头分层稳定验算（1）考虑波浪作用，波谷作用为非主导可变作用，均载、门机铁路荷载为主导可变作用时，用下式计算： 抗滑稳定：γ0（γEEH+γEPqH+ψγpPB）≤1/γd(γGG+γEEV+γEEqV+ψγuPBu)f抗倾稳定：γ0（γEMEH+γEMEqH+ψγpMPB）≤1/γd(γGMG+γEMEV+γEMEqV+ψγuMPBU)（2）不考虑波浪作用，系缆力为主导可变作用，均载、门机铁路荷载为非主导可变作用时，用下式计算（只计算胸墙及卸荷块体二层）：抗滑稳定：γ0（γEEH+γPRPRH+ψγEEqH）≤1/γd(γGG+γEEV-γPRPRV+ψγEEqv)f抗倾稳定：γ0（γEMEH+γPRMPR+ψγEMEqH）≤1/γd(γGMG+γEMEV+ψγEMEqv)（3）波谷作用为主导可变作用，均载、门机铁路荷载为非主导可变作用时，用下式计算：抗滑稳定：γ0（γEEH+γPPH+ψγEEqH）≤1/γd(γGG+γEEV+γpPu+ψγEEqH）f抗倾稳定：γ0（γEMEH+γpMpB+ψγEMEqH）≤1/γd(γGMG+γEMEV+γuMpBu+ψγEMEqV)034γG－――自重力的分项系数，取1.0。γPR－――系缆力的分项系数，取1.4；G―――作用在计算面上的结构自重力的标准值（kN）；F―――沿计算面的摩擦系数设计值，按第3.4.10条规定采用。γp－――浪压力分项系数，取1.2；γd－――结构系数，考虑波浪作用时取1.1，无波浪作用时取1.0；γ 0－――结构重要性系数，计算的水工建筑物安全等级为二级，所以取1.0；γE－――土压力的分项系数，取1.35或1.2；EH、EV－――分别为填料所产生的主动土压力在计算面以上的水平力和垂直分力的标准值（kN）PRH―――系缆力水平分力的标准值（kN）EqH、Eqv―――分别为码头面可变作用所产生的主动土压力在计算面以上的水平分力和垂直分力的标准值(kN)；Ψ―――作用效应组合系数，取0.7；PRV－――系缆力垂直分力的标准值（kN）MEqH、MEqv―――分别为码头面可变作用产生的主动土压力标准值对计算面前趾的倾覆力矩和稳定力矩（kN﹒m）；MPR―――系缆力标准值对计算面前趾的倾覆力矩（kN﹒m）；MPB―――波谷作用时水平波压力标准值对计算面前趾的倾覆力矩（kN﹒m）；MPBU―――波谷作用时作用在计算底面上的波浪浮托力标准值对计算面前趾的稳定力矩（kN﹒m）；本算例剩余水压力为零。均载位置见下图，计算结果见下表。（2）沿基床底面抗滑稳定验算根据前述抗滑稳定计算结果比较，持久组合一位控制情况，以此钟组合验算码头沿基床底抗滑。计算公式：γ0（γEEH+γPRPRH+ψγEEqH）≤1/γd(γGG+γEEV+ψγEEqv)f 035式中，f为抛石基床与地基土（粘土）之间的摩擦系数。①基床抛石增加的自重（见图2-3-3）：△G=（11.4×3-0.5×3×3）×11=326.7（kN）②墙前被动土压力：ep=3×11×tg2(45°+45°/2)=192.338(kPa)Ep=0.58192.388×3×0.3=86.552（kN）（折减系数取0.3）③计算结果见表2.3.7。根据上述稳定计算结果，只有第一层（即胸墙）的稳定不满足，施工中的措施是将胸墙与卸荷块体之间用型钢连接为一整体。(3)卸荷块体后倾稳定验算：参考《海港工程设计手册》中册第三章“重力式码头”进行验算。码头的可变作用为均载q＝50kpa；计算图式如图2－3－4。后倾稳定按下式计算：γ0M0≤1/γd(γGMG)其中,γ0=1.1γd=1.25,γG=1.0M0---A点右侧的卸荷块体以上的结构自重力和其上的均载，门机、铁路荷载自重力对A点的矩。计算得M0=313.267kNm(以单宽m计算，下同)MG---A点左侧的卸荷块体以上的结构自重力对A点的矩，MG=1987.45kNm,γ0M0=1.0×313.267=313.267（kNm）1/γd(γGMG)=1/1.25×(1.0×1987.45)=1589.96（kNm）满足稳定要求。036037持久组合二:设计高水位时的永久作用+波谷作用(非主导可变)+ 均载、门机铁路荷载(主导可变)抗滑稳定性验算：038持久组合三:设计低水位时的永久作用+系缆力(主导可变)+均载、门机铁路荷载(非主导可变)039抗倾稳定性验算：(非主导可变)040抗倾稳定性验算：持久组合五:设计高水位时的永久作用+系缆力(主导可变)+均载、门机铁路荷载(非主导可变)抗滑稳定性验算：041抗倾稳定性验算：持久组合六:设计低水位时的永久作用+波谷作用(主导可变)+均载、门机铁路荷载(非主导可变)抗滑稳定性验算：042043持久组合七:极端高水位时的永久作用+波谷作用(非主导可变)+均载、门机铁路荷载(主导可变) 抗倾稳定性验算：044持久组合八:设计高水位时的永久作用+波谷作用(主导可变)+均载、门机铁路荷载(非主导可变)抗滑稳定性验算:045046持久组合九:设计低水位时的永久作用+波谷作用(非主导可变)+均载、门机铁路荷载(主导可变)047048（2）沿基床底面抗滑稳定验算根据前述抗滑稳定计算结果比较，持久组合一位控制情况，以此钟组合验算码头沿基床底抗滑。计算公式：γ0（γEEH+γPRPRH+ψγEEqH）≤1/γd(γGG+γEEV+ψγEEqv)f式中，f为抛石基床与地基土（粘土）之间的摩擦系数。①基床抛石增加的自重（见图2-3-3）：△G=（12.5×3-0.5×3×3）×11=363（kN）②墙前被动土压力：ep=3×11×tg2(45°+45°/2)=192.338(kPa)Ep=96.169×3×0.3=86.552（kN）（折减系数取0.3）③计算结果见下表。根据上述稳定计算结果，只有第一层（即胸墙）的稳定不满足，施工中的措施是将胸墙与卸荷块体之间用型钢连接为一整体。抗滑稳定图：049 抗倾稳定图：因波浪不大，要求施工工序跟上，计算略。1.6偶然状况地震烈度为6级，忽略不计。2基床和地基承载力验算4.1基床顶面应力计算4.4.1持久状况(1)作用效应组合持久组合一:极端高水位时的永久作用+波谷作用(主导可变)+均载、门机铁路荷载(非主导可变)持久组合二:设计高水位时的永久作用+波谷作用(非主导可变)+均载、门机铁路荷载(主导可变)持久组合三:设计低水位时的永久作用+系缆力(主导可变)+均载、门机铁路荷载(非主导可变)持久组合四:极端高水位时的永久作用+系缆力(主导可变)+均载、门机铁路荷载(非主导可变)持久组合五:设计高水位时的永久作用+系缆力(主导可变)+均载、门机铁路荷载(非主导可变)持久组合六:设计低水位时的永久作用+波谷作用(主导可变)+均载、门机铁路荷载(非主导可变)持久组合七:极端高水位时的永久作用+波谷作用(非主导可变)+均载、门机铁路荷050 载(主导可变)持久组合八:设计高水位时的永久作用+波谷作用(主导可变)+均载、门机铁路荷载(非主导可变)持久组合九:设计低水位时的永久作用+波谷作用(非主导可变)+均载、门机铁路荷载(主导可变)(2)基床顶面应力计算按（JTJ290-98）规范3.6.7条确定①持久组合四：稳定力矩MR，倾覆力矩M0，竖向合力Vk标准值计算结果见表2-4-1。基床顶面应力计算结果见表2-4-4。②持久组合五：稳定力矩MR，倾覆力矩M0，竖向合力Vk标准值计算结果见表2-4-2。基床顶面应力计算结果见表2-4-4。③持久组合六：稳定力矩MR，倾覆力矩M0，竖向合力Vk标准值计算结果见表2-4-1。基床顶面应力计算结果见表2-4-4。051注：①表中ξ=（MR-M0）/VK;e=B/2-ξ，emax=Vk/B(1+6e/B),emin=Vk/B(1-6e/B)△G-------码头前方均载、门机、铁路荷载作用的自重力，△G=20×7.3+30×4.8=290KN△MG------△G为底层方块前趾处的稳定力矩。△MG==20×7.3(7.3/2+0.9)+30×4.8×(2.4+3.4)=953.5KN?m②在设计高、低水位情况下结构出现后倾，但偏心不大，前后趾应力差不多 4.1.2短暂状况本状况不控制，略。4.1.3偶然状况(6度地震)本状况不控制，略。4.1.4结果上述计算结果，基床顶面最大应力标准值σmax＝362.081kpa，根据（JTJ290-98）规范3.6.6条计算：γ0γσσmax≤σγ其中γ0＝1.1γσ=1.0σγ=600kpa承载力满足要求。4.2地基承载力验算经计算比较，持久组合三中码头面有荷载时作为控制情况，以此组合验算。4.2.1计算数据：MR=6500.985M0=17293.837VK=1672.733σmax=362.081σmin=257.446B=5.4水平力为：HK=EH+EqH+PB=145.295+33.183+49.34+12.845=240.663(kN)基床厚度d1=3m。0524.2.2承载力计算(1)基床底面应力按（JTJ290-98）规范3.6.9条计算：σ‘max＝B1σmax/(B1+2d1)+γ×d1=5.4×362.081/(5.4+2×3)+11×3=204.512(kpa)σ‘min＝B1σmin/(B1+2d1)+γ×d1=5.4×257.446/(5.4+2×3)+11×3=154.948(kpa)=(5.4?2?3)?（204.512?154.948）6?(204.512?154.948)=0.264(m) Be‘＝B1－2e‘＝11.4－2×0.264=10.872(m)Vd‘＝1672.733+10.872×3×11＝2031.509(kN)(基床部分增加的总量如图2-4-1所示)(2)基床厚度范围内的土压力计算（参见设计高水位的土压力计算）：基床顶面的土压力强度为：e1=27.2+3.2+4.8=35.2(kpa)基床底面的土压力强度为：e2=35.2+11×3×0.16=40.48(kpa)土压力合力：△E＝1/2（35.2+40.48）×3=113.52(kpa)(4)地基承载力计算，按（JTJ250－98）规范4.1、4.2节计算：(5)倾斜率tanδ′=Hk′/Vd′其中Hk′＝HK＋△E＝240.663+113.52=354.183tanδ′=354.183/1811.445=0.196δ′=11.06°受力层的最大深度按（JTJ250－98）规范4.2.8－1式计算：0.87?0.75Z'max?Bee?tan?k(sin?)e?4.8??0.75?＝?'1'k??1??4＋2?2?2sin??sin???sin?k??可知土质为亚粘土Ψk=20°,CK=25kPa,γK=9.4(kNm) 053qk=3×9.4=28.2(kNm)λ=9.4×10.872/(25+28.2×tg20°)=2.898反求,ε＝45°+0.5×20°-11.06°/2-0.5sin-1×(sin11.06°/sin20°)=32.47°=0.566弧度据亚粘土压缩曲线知：e=0.694Zmax=10.872×e0.566?tg20??sin32.47??e??0.87?2.8980.754.8?2.8980.75?5.449(m)由于土质不变，故取Zmax=5.449(m)查（JTJ250－98）规范4.2.6－1式计算：FK′=Be′(1/2γBe′NγB+CNB+qNqB)=10.872×(1/2×9.4×10.872×1.199+25×8.58+28.2×4.123)=4262.211(kN)γR=FK′/Vd′=4262.211/2031.509=2.098满足规范γR＝2.0～3.0的规定5卸荷块体承载力计算参考《海港工程设计手册》中册第三章“重力式码头”进行计算。荷载块体图式见图2-5-1。卸荷块体悬臂的计算按悬臂板计算，考虑预制和安装误差，取A点向内0.3m的A′点作为固端计算。5.1作用的标准值计算（以单宽m计算）结构自重力q1：(1)均匀荷载部分0.3×24+0.3×18+2.13×18+1.0×24.5=75.44(KN/m)（2）线性荷载部分g1=1/2×2.3×1.07×18=22.15(KN)重心到A′点力臂 1.53mg2=1/2×2.3×1.07×24.5=30.15(KN)重心到A′点力臂0.77m均载与门机、铁路荷载q2=20+30=50(KN/m)5.2作用效应q1的作用分项系数：?q1=1.3按（JTJ290-98）规范3.7.1条取值；q2的作用分项系数：?q2=1.4按（JTJ215-98）规范3.3.5条取值MA=1/2(74.84×1.3+50×1.4)×2.32+22.15×1.3×1.53+30.15×1.3×0.77=516.72(KN?m)QA=（75.44×1.3+50×1.4）×2.3+22.15×1.3+30.15×1.3=454.556（KN）参考资料交通部第一航务工程勘查设计院编，港口工程设计结果算例。北京:人民交通出版社洪承礼主编。港口规划与布置。人民交通出版社港口水工建筑物。人民交通出版社054海港工程设计手册中册水工钢筋混凝土结构学。中国水利水电出版社中华人民共和国行业标准JTJ215-98。港口工程荷载规范。北京：人民交通出版社，1998。中华人民共和国行业标准JTJ250-98。港口工程地基规范。北京：人民交通出版社，1998。中华人民共和国行业标准JTJ290-98。重力式码头荷载与施工规范。 北京：人民交通出版社，1998。陈希哲编。土力学地基基础。北京：清华大学出版社。韩理安主编。港口水工建筑物。人民交通出版社。055'