高桩梁板码头上部结构选型与.ppt

高桩梁板码头上部结构选型与设计,面板设计梁和梁系的选型和设计,面板设计,一、面板的主要型式与发展1.面板型式按受力条件分类：单向板、双向板、连续板和简支板。按支承条件：无梁面板、有梁面板。按施工条件：现浇板、预制装配式整体板、迭合板、梁板式组合构件、空心板。2.各种板型的优缺点3.发展趋势 随着高桩码头大管径桩基的应用，码头大管径桩距和码头排架间距的增大，板的厚度也要相应增加，从而抵消了采用大直径管桩降低造价的效果。为了解决这一问题，我国研制了高强粗钢筋预应力大空心板和钢筋混凝土微折板。,面板设计,面板设计,面板设计,二、面板的一般设计方法(一)有梁面板1.计算图式根据实际结构型式、板的尺寸、支承性质和接头的构造情况确定是单向板还是双向板、是简支、连续还是悬臂板等。2.计算跨度3.集中荷载的传递宽度假定：集中荷载按45度角在垫层内扩散。单轮：顺板跨方向 a1=a2+2H 横板跨方向 b1=b2+2H多轮：顺板跨方向 a1=a2+2H+Y 横板跨方向 b1=b2+2H+XY、X分别为顺、横板跨方向的最外轮子的中心距。,面板设计,传递以后的荷载强度按下式计算：为分布在a1b1面积上的集中力。4.单向板在集中荷载作用下的有效分布宽度集中荷载有效分布宽度的概念：板承受集中荷载作用的宽度既不是板的实际宽度B也不是b1，而是介于这两者之间，这个承受集中荷载的板宽称为有效分布宽度.规定:根据理论计算和试验研究的结果，规定如下单向板荷载作用在跨中时:b=b1+L/3 但不小于2L/3;荷载作用在支座附近时:b=b1+2X 但不小于L/3+2X，又不大于荷载作用在跨中情况的b值。荷载作用在支座边缘时：b=b1 但不小于L/3。,面板设计,式中：b单向板在集中荷载作用下的有效分布宽度；b1集中荷载在横跨方向的传布宽度；L板的计算跨度；X集中荷载中心至支座的距离。有自由边的板当集中荷载位于自由边附近且距离小于b/2时，有效分布宽度应按下式采用：b=b/2+X式中：b集中荷载位于自由边附近时的分布工作宽度；X集中荷载中心至自由边的距离。悬臂板(如板式靠船构件)b=b1+2X式中：X集中荷载中心至固定边的距离。横向铰接的简支空心板,面板设计,当铰点切力足够，在各构件内的横向挠度符合直线变化假定的情况下(每块板较窄时，一般宽跨比小于1/4)，可采用公路桥梁铰接板荷载横向分布的计算方法来确定荷载横向分配，并确定有效分布宽度。当不符合上述条件时，每块板应按两边自由的板确定有效分布宽度。装配式整体板(如叠合板等)当板间拼缝能保证其整体性时，集中荷载作用下的有效分布宽度按四边支承的整体板确定；当板间拼缝不能保证其整体性而符合情况时，应按情况确定板的有效分布宽度。5.内力计算单向板 板的计算宽度：均布荷载作用下的单向板，一般取单宽(1m)；集中荷载作用下的,面板设计,一般取有效分布宽度。内力计算：简支板、悬臂板和自由搁在粱上的单向连续板的内力，可按一般简支梁、悬臂梁和连续梁的内力计算方法计算。下面介绍与梁整体连接的单向连续板和装配式单向连续板的内力计算。与梁整体连接的单向连续板：与梁整体连接的单向连续板的内力计算可按经验系数分配法进行。各跨先按简支板计算跨中最大弯矩M0，然后根据板的厚度h与肋的高度H(即板以下的梁高)的比值，对跨中弯矩和支座弯矩乘以不同的分配系数，其切力则采用简支粱的切力数值。当h/H1/4时，跨中弯矩等于+0.5M0，支座弯矩等于-0.7M0.当h/H1/4时，跨中弯矩等于+0.7M0，支座弯矩等于-0.7M0.,面板设计,装配式单向连续板:计算装配式单向连续板时，应考虑施工和使用两种计算情况。施工时期，板的接头尚未浇注，预制板是按简支板工作的，其上作用有板的自重和施工荷载。施工荷载主要有施工机械荷载、堆料和堆放构件荷载，对于叠合式板，施工荷载还包括现浇混凝土的重量。使用时期，接头混凝土已达到设计强度，应按连续板计算，这时的荷载包括码头地面各种使用荷载和面板上的垫层重量(如路面、道渣、填土等重量)，不考虑面板的自重，因为它是在成为连续板之前作用的。使用时期，板的内力等于上述的作为连续板产生的内力和作为简支板在板自重作用下产生的内力之和。双向板 双向板由于双向变形和双向受力，计算比较复杂，弯矩采用系数查表方法。,面板设计,四边自由支承的板：均布荷载和局部均布荷载产生的弯矩，可按我国交通部港口工程技术规范中高桩码头的附录计算。与梁整体连接的板：应考虑梁对板的固结作用，先按四边自由支承的板计算出两个方向的最大弯矩Ma和Mb，然后乘以考虑梁对板的固结作用的分配系数：两个方向的跨中弯矩分别为+0.525Ma和+0.525Mb；两个方向的支座弯矩分别为-0.75Ma和-0.75Mb。切力可近似地按两个方向的单向板计算，荷载根据板内一点的两个方向挠度相等的原则，分配到各单向板上。(二)无梁面板无梁板直接支承在桩帽上，系一空间问题，目前还没有一种既简便又精确的计算方法，一般采用近似的所谓“代替框架法”。这个方法的基本步骤是：先将空间问,面板设计,题简化为双向平面问题，用线支承代替点支承，最后用经验系数进行修正。1.计算图式 将无梁面板划分为若干互相垂直的纵向和横向计算板带(通常把与码头线平行的方向称为纵向，垂直码头线方向称为横向)，板带宽度分别为：分别为横、纵向计算板带的宽度；横向桩列的中心距；纵向排桩的中心距。把计算板带连同下面的基桩构成的排架作为独立的柔性桩台进行计算。柔性桩台的厚度等于无梁板的厚度(不包括摩损层厚度)，其计算跨度等于桩的中心距。纵向板带只承受竖向荷载，可按连续梁计算。梁的支承性质可用下式判别：,面板设计,式中：E、I分别为纵向板带材料的弹性模量和断面的惯性矩；K桩顶的弹性变位系数；1纵向桩列桩的中心距。当0.15时，应按弹性支承连续梁计算；当0.15时，可按刚性支承连续梁计算。横向板带既承受竖向荷载，又承受水平荷载，应按柔性桩台横向排架进行计算.2.计算荷载进行纵向板带计算时，假定作用在面板上的竖向荷载(包括板的自重)全由纵向板带承受，其中活荷载在顺着跨度方向应按实际可能出现的最不利情况布置。当竖向集中荷载不位于纵向桩列的中心线上，而位于两相邻桩列之间时，应按求简支梁反力的原则，将荷载分配至两相邻的纵向板带上。,面板设计,进行横向板带计算时，同样假定作用在面板上的竖向荷载全部由横向板带承受，活荷载亦按最不利情况布置。对于竖向均布荷载，计算荷载取作用在板带宽度上的实际荷载值，对于竖向集中荷载，取纵向板带内力计算得出的支座反力作为计算荷载，并按集中荷载的实际位置作用在横向板带上。作用在码头上的船舶荷载(系缆力和撞击力)，亦应考虑到各横向排架之间进行分配。3.计算板带的计算弯矩 根据上述计算荷载和计算图式求得的板带弯矩M，并不符合板带的实际受力情况，这是因为在确定桩台的计算跨度时，取的是桩的中心距，而桩帽是具有一定宽度的，实际跨度小于计算跨度；在确定计算荷载时，没有考虑板的双向受力性质，而假定作用在板上的竖向荷载全部由纵向板带或横向板带独自承受，而实际上荷载是由纵向板带和横向板带共同承受的。,面板设计,为了符合板带的实际受力情况，必须对上面求得的弯矩值M进行修正，即计算弯矩Mc式中:n跨度折减系数；m荷载折减系数.M和n值表 荷载性质 m n 均布荷载 0.7 集中荷载 1.0表中：Bs桩帽宽度，不得大于lz/3；lz桩的中心距。4.计算弯矩沿板带宽度的分配 纵横向板带的计算图式是假定支座处沿整个板带宽度为线支承，而实际上是由桩帽局部支承。桩帽尺寸比板带小很多，因此，计算弯矩沿板带宽度的分布,面板设计,是不均匀的，中间大两边小。为了解决计算弯矩沿板带宽度的分配，将整个计算板带分为两种配筋板带：桩上配筋板带和跨中配筋板带，宽度均为和 其分配情况如下。在集中荷载作用下：当荷载有效分布宽度小于或等于桩上(或跨中)配筋板带宽度时，集中荷载产生的弯矩，全部由有效分布宽度承受；当荷载有效分布宽度等于或大于计算板带宽度时，在计算板宽度内产生的弯矩，同均布荷载作用产生的弯矩一样，按桩上板带和跨中板带分配；当有效分布宽度大于桩上板带(或跨中板带)宽度而小于计算板带宽度时，在桩上板带和跨中板带分界线两侧对称宽度内产生的弯矩，同均布荷载产生的弯矩一样，按桩上板带和跨中板带分配，剩余宽度内产生的弯矩则全部由所在配筋板带承受。,面板设计,三、高强粗钢筋预应力混凝土大空心板1.预应力混凝土大空心板的几何特性2.预应力混凝土大空心板的设计方法 现行空心板的设计，一般简化为工字型构件，按梁的方式进行计算。首先，根据经验拟定初始方案（主要是几何尺寸），进行内力计算；然后根据计算结果（内力和 造价）作分析后，修改设计方案；重复进行，直到满意为止。这种设计方法需要花费大量的人力和时间，而且设计方案并非理想方案，很大程度上取决于设计者经验的较优方案。,面板设计,由于码头上使用的空心板是多连简体，除受布满全板的均布面荷载或受垂直板跨方向的均布线荷载作用下可简化为梁条计算外，其余荷载难以求得理论解。用有限元法计算时，不能采用薄板单元，宜采用空间等参单元，因位移参数多，计算规模相当大。南京水科院提出了一种新的设计方法。即应用有限棱柱条法，将空心板结构分割为若干个棱柱条，空间三维问题转化为平面二维问题，利用结构优化设计的方法进行设计。,面板设计,1）空心板有限元模型2）空心板优化设计目标函数：单位长度板的材料和模板造价之和。约束条件：强度、构造要求等。3）优化设计步骤初拟截面尺寸（高度、孔洞数及尺寸）、材料等级；计算受力钢筋截面面积和箍筋数量；计算造价重复步直至造价最小为止。具体设计方法及步骤参见文献2。,面板设计,四、钢筋混凝土微折板1.微折板的几何特性2.微折板的力学特性微折板具有明显的拱作用；在使用期间，横向是微折板的主要受力方向，纵向内力一般较小，剪力一般不起控制作用；整体性好，空间刚度大；肋是整个结构中受力最不利的薄弱环节，结构破坏首先从肋开始，然后导致整个上部结构破坏。3.微折板的设计方法 微折板的横向内力计算简化为中格板的计算，,面板设计,将中格板划分为中板带和支座板带，利用空间有限元的计算成果，可得到各种荷载情况下各板带的内力分配系数。以平面有限元的计算结果为基础，乘以上述内力分配系数，可得到跨中板带和支座板带的内力值。1）平面有限元模型2）空间有限元模型,梁和梁系的选型和设计,一、梁系布置原则1.梁系在布置和结构选型时应遵守的原则结构系统简单、受力合理；结构整体性好，有足够的刚度；尽量采用预制的预应力构件。2.布置方式横梁与纵梁的布置：可以直接搁置在桩帽上，等高连接；纵梁搁置在横梁上，横梁搁置在桩帽上；横向排架间距的选择：要通过技术经济比较来确定。钢筋混凝土方桩：排架间距为68米；钢筋混凝土预应力大管桩或钢管桩：810米。纵梁系间距的选择：由工艺布置及荷载情况决定。荷载不大：纵梁间距34米；仅有均布荷载和流动荷载的小型码头：可不设纵梁。,梁和梁系的选型和设计,二、纵梁计算按刚性支承连续梁计算，计算方法参考钢筋混凝土结构。三、横梁计算1.计算原则有叉桩：假定叉桩承受水平力和垂直力，直桩承受垂直力，水平力对横梁产生的内力忽略不计，按弹性支承连续梁计算。无叉桩：横梁在垂直力作用下按弹性支承连续梁计算；在水平力作用下按支承不考虑沉陷的刚架计算。2.横梁的计算跨度确定（有叉桩、无叉桩）,高桩码头设计,1.高桩码头设计的主要内容有哪些？2.高桩码头的面板、纵梁、横梁和桩有哪些布置方式？它们对结构内力计算有何影响？3.为提高高桩码头的整体性，可以在结构布置和构造上采取哪些措施？4.简述高桩码头的面板、纵梁、横向排架的设计方法？5.注意桩、梁、板的连接（几何、钢筋等）？,