港口水工建筑物课程考试经典复习资料

'一、码头分类1、按用途分货用、客用、工作船、渔、军用、修船码头等。2、按平面布置分类⑴顺岸式：满堂式、引桥式。⑵突堤式：窄突堤、宽突堤。（主要用于海港）⑶墩式：常用于外海开敞式码头⑷岛式：不设引桥的墩式码头，主要用于装卸液体货物。3、按断面形式分类⑴直立式：多用于水位变幅不大的港口，如海岸港、河口港。⑵斜坡式：多用于水位变幅较大的港口，如上、中游河港或水库港。⑶半斜坡式：适用于枯水期较长而洪水期较短的山区河港。⑷半直立式：适用于高水位时间较长，而低水位时间较短的情况，水库港。4、按地理位置分类海港，河港，水库港，河口港等对水位差8m以下的货运的货运码头，宜建直立式；对水位差8～17m的件杂货码头，主要采用直立式，对散货码头主要采用斜坡式；对水位差17m以上，以建斜坡式为主，也可因地制宜建一些其它形式。5、按结构型式分类实体式（重力式，板桩式），透空式，混合式。⑴重力式①工作原理：是依靠结构本身及其上面填料的重量来维持稳定。②优点：耐久性好，能抵抗大船、漂浮物的撞击，对超载、工艺变化适应能力最强。③缺点：波浪反射严重，泊稳条件差，地基应力大，一般须作抛石基床。适用条件：地质条件较好的地基。⑵板桩式①工作原理：依靠板桩入土部分的侧向土抗力和安设在板桩上部的锚碇结构来维持稳定。②优点：耐久性好（相对），结构简单，材料用量少，便于预制，可以先打桩，后开挖港池。③缺点：波浪反射严重，泊稳条件差，对钢板桩需采取防锈措施，增加费用，对开挖超深反应敏感（应预留0.5m）。适用条件：能打板桩的地基，万吨级以下的泊位，适用于有掩护的海港。⑶透空式①工作原理：通过桩台将作用在码头上的荷载经桩基传给地基。②优点：波浪反射小，泊稳条件好，砂石用量少，对开挖超深适应能力强。③缺点：对地面超载、工艺变化的适应能力差，水平承载能力低，耐久性差，须设叉桩（大直径管柱例外）。适用条件：软土地基。⑷混合式根据当地的地质、水文、材料、施工条件和码头的使用要求， 也可采用各种不同型式的混合结构。如：前板桩高桩码头，后板桩高桩码头，透空重力式结构等。１、上部结构的作用⑴直接承受船舶荷载和地面使用荷载，并将这些荷载传给下部结构。⑵将下部结构的构件连成整体。⑶设置码头设施，如防冲设施、系船设施等。２、下部结构的作用⑴支承上部结构，形成直立岸壁。⑵将作用在上部结构和本身上的荷载传给地基。３、码头设备用于船舶的系靠和装卸作业等。一、港工建筑物的结构功能和可靠度1、港工建筑物的预定功能设计的港工建筑物，应在规定的使用时间内能满足下列各项功能的要求；⑴能安全承受在使用和施工期期间可能出现的各种作用；⑵在正常使用和维护下具有合适的工作性能；⑶在正常使用和维护下具有足够的耐久性；⑷在发生偶然事件情况下，建筑物仍能保持必需的整体稳定性。2、各项功能的含义⑴安全性：第①项与第④项最指建筑物的强度和稳定，即建筑物的安全性；⑵适用性：第②项是指建筑物的适用性；⑶耐久性：第③项是指建筑物的耐久性。3、可靠性与可靠度⑴可靠性：即安全性、适用性和耐久性三者的总称。而度量可靠性的数量指标叫做可靠度。⑵可靠度：建筑物在规定的期间内和规定的条件下，具有预定功能的概率。3、设计基准期和规定条件⑴规定的期间：是指在分析（港工）建筑物可靠度时，所取用的时间参数。因为作用在建筑物上的各种荷载是随时间而变化的随机过程，建筑物结构的材料性能也最随时间而变化。因此，建筑物的可靠度分析强调要规定所设计建筑物的使用寿命。按照建筑物的预期使用寿命所规定的时间参数称为“设计基准期”，它是计算建筑物失效概率所必需的时间参数。我国《港口工程结构可靠度设计统一标准》规定，港工建筑物的设计基准为50年。⑵规定的条件：是指设计建筑物时所确定的正常设计、正常施工和正常使用的条件及环境条件，而不考虑人为过失的影响。4、港工建筑物的极限状态和设计状况⑴极限状态①极限状态的含义结构建筑物完成各项功能的标志采用极限状态来衡量。当建筑物的整体或其部分在超过某一状态时，建筑物就不能满足设计规定的某一功能的要求，这种特定状态，称为建筑物的极限状态。 极限状态是区分建筑物的工作状态为可靠或不可靠的标志。②极限状态的的分类A、承载能力极限状态是指建筑物的整体结构或其构件达到最大的承载能力或产生不适于继续承载的变形，或是由于结构构件因塑性变形导致几何形状发生显著改变而不能使用，这是与建筑物安全性有关的最大承载能力状态，超过这一状态建筑物就不安全。B、正常使用极限状态是指建筑物整体结构或是构件达到正常使用和耐久性的各项规定限值时的状态。确定正常使用极限状态，通常是采用一个或几个约束条件，例如混凝土裂缝的宽度、梁的挠度、外观的变形量等，它们的限值应满足使用要求。③极限状态的计算或验算内容A、对所有结构构件进行计算或验算；B、对使用上需控制变形的旧够构件进行变形验算；C、对使用上要求不出现裂缝的构件进行混凝土拉应力验算。D、对使用上允许出现裂缝的构件进行混凝土裂缝宽度验算。⑵设计状况A、设计状况的分类由于港工建统物在施工、使用及维修时环境条件均不相同，因此进行结构构件设计时，必须针对不同状况进行设计。根据各种情况持续时间的长短和出现概率的高低，可分为以下三种设计状况。①持久状况：即具有与建筑物使用寿命同一数量级的持续时间的设计状况（即：在正常条件下，结构使用过程的状况）。例如码头面承受堆货和流动机械荷载的状况，防波堤承受波浪力的状况等。②短暂状况；即持续时间较短，出现概率较高的设计状况（即：在结构施工和安装等持续时间较短的状况），例如构筑物施工期承受荷载的状况。③偶然状况：即持续时间很短，出现概率很低的设计状况（即：在结构承受设防地震等持续时间很短的状况），例如建筑物遭受罕遇地震作用的状况等。B、各设计状况的设计要求①持久状况：是最基本的设计状况，一般是指贯穿建筑物整个使用期的设计状况，通常要按承载能力极限状态和正常使用极限状态两种极限状况进行设计，其可靠度应高于其他两种状况。②短暂状况：是指施工期间或使用期间可能短暂出现的状况。一般仅需按承载能力极限状态进行设计，必要时需按两种极限状态来设计。③偶然状况：应根据经济和建筑物的破坏后果来综合考虑，可仅按承载能力极限状态对主要的承重结构进行设计。⑶极限状态表达式按可靠度分析，建筑物的极限状态一般由功能函数表达，即：式中：xi(i=1,2,…n)是基本变量，通常是指建筑物上的各种作用、结构构件的材料性能、几何参数、容许限值等，均为随机变量。①当Z＞0时，建筑物处于可靠状态；②当Z＝0时，建筑物处于极限状态；③当Z＜0时，建筑物处于失效状态。 方程式：称为建筑物的极限状态方程，是可靠度分析的重要依据。β为可靠指标，其值越大，则结构的可靠度就越大。为满足安全、适用和经济的要求，对各类港工建筑物结构的各种极限状态，在《国家标准GB50158-92》中，均规定了设计预期的可靠指标，即“目标可靠指标β0”，它是根据建筑物的安全等级与破坏类型而设定的。⑸可靠指标与分项系数在极限状态设计表达式中，赋予各基本变量的值称为设计值。设计值是由基本变量的代表值与相应的分项系数组成。引入分项系数是为了考虑各基本变量的设计值及其变异性对建筑物可靠度的影响。分项系数的值是根据各基本变量的统计参数和概率分布类型、设计取值以及规定的目标可靠指标β0，通过分析、优化并借鉴工程上的经验而确定。作用的定义及类型1、作用的定义施加在结构上的集中力和分布力，以及引起结构外加变形和约束变形的原因。2、作用的类型⑴直接作用：它是直接施加在结构建筑物上的荷载，如集中力和分布力，工程上习惯称之荷载。⑵间接作用：即引起结构外加变形和约束变形的原因，如地基沉降、砼收缩变形、温度变形和焊接变形等。一、作用的分类１、按作用随时间变化分类⑴永久作用：在设计基准期内，其量值随时间的变化与平均值相比可忽略不计的作用，如自重力、预加应力、土重力、永久作用引起的土压力等。⑵可变作用：在设计基准期内，其量值随时间的变化与平均值相比不可忽略不计的作用，如堆货、流动起重运输机械，可变作用引起的土压力、船舶荷载、波浪力等。⑶偶然作用：在设计基准期内，不一定出现，但一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用，如地震作用。港口工程钢筋砼结构的设计基准期为50年。2、按作用在空间的位置的变化分类⑴固定作用：在结构上具有固定分布的作用，如自重力等。⑵自由作用：在结构的一定范围内可以任意分布的作用，如堆货，流动机械等。３、按作用对结构产生的反应分类⑴静态作用：加载过程中产生的加速度可以忽略不计的作用，如自重力，土压力等。⑵动态作用：加载过程中产生的加速度不可忽略不计的作用，如船舶的撞击力，汽车荷载等。设计时，对动态作用原则上应按其动态反应求解对建筑物产生的动态作用效应，但为了简化计算，对某些动态作用允许采用变动作用量值（如乘以动力系数）的方法，将动态作用简化为静态作用来考虑。二、作用的代表值 1、作用取值的确定方法作用是随机变量，因此作用的取值基本上是通过概率统计分析来确定。在设计时，应根据不同的极限状态与设计状况选用不同的量值作为作用的代表值。2、作用代表值的分类⑴标准值（永久作用只有标准值）作用的主要代表值，它是概率极限状态设计中的基本值。其取值方法是：首先根据观测到的作用数据，按概率统计的方法确定概率模型；然后，根据对结构的不利状态，选取在建筑物设计基准期内最大（或最小）值的概率分布的某一分位值。当作用增大对结构产生不利时，取较高的分位值；当对结构产生有利时，取较低的分位值。⑵频遇值是指在建筑物上时而出现的作用较大值，它是建筑物正常使用极限状态下短期作用组合中可变作用的代表值。因为当建筑物发生局部破坏（如超限的裂缝）或建筑物的使用功能不良（如超限的变形）时，这些情况与出现作用的较大值有关。所以作用的频遇值主要用于建筑物的结构变形和钢筋混凝土构件裂缝及刚度的计算。频遇值通常是用作用的标准值乘以频遇系数ψ1而得，ψ1=0.8。⑶准永久值是指在建筑物上经常出现的作用良值。它是建筑物在正常使用极限状态下长期作用组合中可变作用的代表值。一般是按在建筑物设计基准期内出现该值的持续期等于或大于其总持续期的50%来取值。通常是将可变作用的标准值乘以准永久系数ψ2来确定，并取ψ2=0.6。准永久值用于计算地基最终沉降量等。⑷港工建筑物结构设计中作用的其他取值①作用的设计值在进行港工建筑物结构设计时，在极限状态设计表达式中赋予各基本变量之值，称为设计值。A、在承载力极限状态设计中，永久作用和可变作用的设计值，可按作用的标准值乘以相应的分项系数来确定。B、在正常使用极限状态设计表达式中，可变作用的设计值通常由作用的相应的标准值乘以作用的组合系数来确定。②作用的组合值在港工建筑物结构计算中，一般有多个可变作用参与组合。考虑到这些参与组合的可变作用的标准值同时出现的概率相当小，因此在承载力极限状态时，除主导可变作用直接取标准值外，为使其目标可靠指标不致于过大，对非主导可变作用均取组合值，即以标准值乘以相应的分项系数后，再乘以组合系数ψ，通常ψ=0.7。从安全角度考虑，在正常使用极限状态中不采用组合值。二、作用（效应）组合1、组合原则⑴对实际有可能同时出现的作用，应按其可能形成的最不利的组合效应进行组合。⑵对于不同的计算项目，应分别按各自的最不利情况进行组合。⑶受水位影响的建筑物，应把水位作为一个组合组合条件。 ⑷对于两种以上作用同时出现机会很少的情况，可不予组合，或是降低其组合级别。2、作用（效应）组合⑴作用（效应）组合的基本要求对实际有可能在港口工程结构上同时出现的作用应分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态考虑作用（效应）的组合。⑵按承载能力极限状态验算时应考虑的作用（效应）的组合①持久组合：永久作用和持续时间较长的可变作用组成的作用效应组合。②短暂组合：包含持续时间较短的可变作用所组成的作用效应组合。③偶然组合：包含偶然作用所组成的作用效应组合。⑶正常使用极限状态验算应考虑的组合应分别考虑①持久状况的长期组合；②持久状况的短期组合③短暂状况的短期组合——施工期组合。码头使用荷载按作用方向不同可分为二类：１、地面使用荷载（竖直作用）：是在码头上进行生产活动而产生的荷载，包括：堆货荷载、人群荷载、流动机械荷载、铁路荷载、汽车荷载等。2、船舶荷载（水平作用）：是船舶产生的荷载，包括系缆力，挤靠力，撞击力。一、堆货荷载与人群荷载㈠堆货荷载１、确定堆货荷载时应考虑下列主要因素⑴装卸及码头堆码工艺不同货物，其堆存的极限高度不一样；即使是同一种货物，由于所用装卸工艺不同，其堆货荷载值也不相同。⑵货种和包装方式：.⑶货物批量和堆存期：小批、临时，小堆，利于货物的转运；大批、堆存期较长，大堆，提高库场利用率；⑷码头结构型式：不同结构型式的码头，对堆货荷载反应的敏感程度不同。⑸管理水平：管理严格－堆存有序－库场利用率高，不会出现超２、堆货荷载的分区与取值荷载取值：见规范。码头前沿地带、前方堆场和后方堆场，不同的地带采用不同的堆货荷载值。㈢港口工程中土压力的计算１一般原则⑴主动土压力①无粘性土：陡墙情况（-15°≤α≤θ’），按库伦公式计算；坦墙情况：按假想墙背简化，并按朗金公式计算，假想墙背至实际墙背之间的土重应计入结构中。②粘性土：按当地经验选用（按朗金公式计算；用经验内摩擦角或等代内摩擦角取代C、φ值，采用库仑公式计算）⑵被动土压力 无论是粘性土还是无粘性土均按朗金公式计算。⑶墙背外摩擦角δ的选取①对假想墙背，取δ=0；②对按库伦公式计算的陡墙，按规范查取。'