【大学课件】高桩码头(3-3) .ppt
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1、纵向水平撑:加强悬臂梁的纵向刚度,使全部悬臂梁共同承受船舶荷载沿码头长度方向的水平力。适用条件:水位差5m以下。当水位差继续增大,上述两种靠船构件就不适用了,而需采用其它型式以适应水位变化时的系靠船要求,如框架式、靠船桩式、浮式等。,五、构件的连接与搁置,1、构件的连接 固接:传递M和Q;铰接:只传递Q;不连接:不传力。无论何种连接方式,都必须满足:符合构件连接处的受力 条件;确保连接质量;便于施工。2、构件的搁置 搁置长度根据局部挤压强度,并考虑构件预制和安装尺寸 的误差等因素来确定。简支板:20cm;装配式整体板:15cm;装配式纵梁:20cm;装配式横梁:20cm。,、高桩码头的结构布置
2、,高桩码头的结构布置应根据使用要求、自然条件和施工条件,并通过经济技术比较加以确定,在符合适用要求、保证质量、经济技术合理和施工条件可能的前提下,我们所选用的结构应尽量提高装配化程度,简化构件型式,采用预应力砼结构。结构布置主要包括:码头轮廓尺寸的确定;桩基布置;上部结构布置。,一.结构轮廓尺寸的确定,结构轮廓尺寸的确定主要包括以下内容:前沿线的确定;码头前沿高程的确定;河底高程的确定;码头岸线长度的确定;结构尺寸的确定。结构设计问题包括:a.结构宽度;b.桩顶高程;c.靠船构件的底面高程;d.码头的分段、长度等。,、结构宽度拟定 1、窄桩台 根据使用要求、荷载分布、装卸工艺取码头前沿地带宽度
3、。备注:主要不是用来堆货,而是作为布置前方铁路线、道路、门机轨道以及进行货物装卸作业和流动起重运输机械回转运行的区域)。有门机:取1414.5m(2.5+10.5+1.5)无门机:取810m 有集装箱装卸桥:根据装卸桥轨距确定,一般岸边集装箱装卸桥上午轨距应根据不同工艺布置、水平运输作业方式及保证设备具有足够的稳定性来确定,其轨距不应小于16m。备注:先拟定结构宽度,然后进行整体稳定性验算,不满足就适当加宽。,2、宽桩台 总宽度主要取决于前沿线位置、岸坡的地质条件(坡度)、码头面高程和所采用的接岸结构形式及位置。考虑到结构总宽度内作用的性质和大小的不同,用纵缝将结构分为前后两部分前方桩台和后方
4、桩台。前方桩台的宽度一般采用码头前沿地带的宽度(14.014.5m)。结构总宽度减去前方桩台的宽度即为后方桩台的宽度。,步骤:确定码头前沿线位置以及码头面高程、设计河底高程(影响因素:前沿水深、与岸线顺直、对航道影响、与原结构物衔接);初拟开挖坡度,考虑码头修好后的稳定;首先根据土质情况、有无护坡、打桩振动等初步选定,然后根据整体稳定性验算结果来调整。一般小于1:1.5。常取1:21:3。抛石基础底高程、顶高程 抛石基础底高程打桩船施工水位吃水富裕(0.5m)顶高程 底高程0.5m,抛石棱体前土体肩宽B111.5m,以保证棱体的稳定 棱体斜坡水平投影长度B2(决定于坡度和高度)挡墙前抛石基础的
5、肩宽B311.5m。则结构宽度BB0B1B2B3 前、后平台及引桥长(满堂式无引桥)前方平台宽 a 门机双线火车:1414.5m b 门机三线火车:1819m c 无门机、火车:810m 后方平台宽度主要由工艺确定(门机吊幅、车辆的 转弯半径和堆货布置形式)引桥长B(前、后平台宽),上部结构的底高程 取决于码头前沿高程和桩台的高度。应考虑使用要求、施工水位、波浪对结构影响和检修的可能性。例如:根据施工要求,其高程不得低于桩帽或现浇横梁的施工水位。靠船构件的底高程 应考虑设计船舶的安全停靠,同时要大、小船兼顾。一般应低于设计低水位设计船型满载吃水的干舷高度。结构的分段 为了避免结构在使用过程中产
6、生过大的温度应力和沉降应力,应沿码头长度方向隔一定距离设置变形缝。变形缝包括伸缩缝和沉降缝。伸缩缝应根据温差、上部结构的刚度、桩的自由长度和刚度等因素综合考虑。沉降缝位置视荷载结构型式和地质条件而定。(上部结构为装配整体式时可取6070m,现场整体现浇时宜取35M),1、分段长:一般4060m,缝宽24cm的通缝,做成齿形(避免轨道错位)。2、形式及构造 变形缝的形式通常有三种:悬臂式变形缝 优点:对不均匀沉降的适应性强。缺点:设变形缝的跨跨度小,增加了横向排架的数量,悬臂部分需现浇,施工麻烦。,简支缝 就是在两个结构段之间设置简支跨,在简支梁的两端设置变形缝。采用简支结构时,应满足简支构造,
7、支座上应铺设橡胶块、油毛毡等垫层,保证简支梁的梁端能自由滑动和转动。在平面上应作成凹凸形,凹凸缝的齿高可取2040cm。优点:适应不均匀沉降能力强,各跨跨度基本相同,不增加排架数量。缺点:承受水平力的能力差,且支座构造复杂。公用跨式 在设置变形缝的横向排架上将横梁分成两半。优点:结构简单,施工方便,不增加排架数量。缺点:中间排架沉降,两边都受影响;且支座构造复杂。,二.桩基布置,桩基既是高桩码头的基础,又是结构的主要受力构件,它与其上面的横梁组成一个整体结构,称为横向排架,是高桩码头的主要受力单元。在进行桩基布置时,必须综合考虑各种因素进行优化设计,三条原则如下:应能充分发挥桩基承载力,且使同
8、一桩台下的各桩受力尽量均匀;应尽可能降低整个码头造价;考虑施工的可能和方便。,、横向排架中桩的布置 横向排架中桩的数目和布置取决于桩台的宽度和码头荷载。,1、布置原则 布置时应考虑:(分前方平台和后方平台)尽量发挥桩的单桩承载力;对摩擦桩:桩距6b,常取35m,若6b,则单桩承载能力就不能充分发挥,应视为群桩。对支承桩:可不加限制。同一桩台下基桩桩尖应打至同一土层,且桩尖标高不宜相差太大,有利提高桩的承载能力,减小桩台沉降及不均匀沉降;同一桩台下各桩受力应尽量均匀,断面、倾斜度应尽量一致桩位尽量布置在纵梁下;,前方桩台:桩的间距有门机无火车时,可采用等间距(35m);有门机有火车时,可采用等间
9、距或不等间距布置。倾斜度取3:1 承受水平力较大的码头,宜设置叉桩或半叉桩;桩和桩的空间交叉应留有适当距离,防止碰撞;空间净距0.5m,平面布置上扭一角度1520 桩顶净距0.3m(安放替打)有门机时,门机下一般都布置双桩:前为双直桩,后为叉桩;无火车时:在前后门机之间布置1或2根桩;有火车时:每线火车下布置1或2根 窄突堤码头:一般两侧靠船,桩基布置成对称。,2、桩距与桩数:桩距:一般35m,且桩间净距6d(或6b);桩数:可根据结构宽度、桩距和码头面上的荷载大小确定。,桩基的纵向布置 桩的纵向布置与横向排架间距有关:,排架间距 取决于:码头面的荷载、桩的承载力、上部结构的技术、经济的合理性
10、、船舶系靠方便程度和施工起重能力等,应综合考虑各种因素加以确定。为充分发挥桩的承载力,采用长桩、粗桩和大跨径。一般应提高经济技术比较来确定。前方平台:58m,(1014m);后方平台:堆货荷载较大,35m。备注:在整个码头上的横向排架间距应尽量一致,以减少构件类型。,纵向叉桩的布置 取决于:码头的纵向受力和码头的纵向刚度。一般:码头短(几十米):端部要设叉桩,以抵抗船舶顶水平靠岸时产生的撞击力纵向分力;码头长(几百米),常为连续梁板结构,整体性好,纵向刚度大,可不设叉桩或仅在两端设叉桩或半叉桩;在风暴系船柱和舾装码头的试车系船柱下面,因纵向系缆力大,应设纵向叉桩。,桩长的确定:根据计算确定 取
11、决于:单桩承载能力、地质情况、施工中打桩船能施打的长度。若超过打桩船能施打的长度,需接桩。根据打桩船能施打的高度:L(hFl)H 满足在地基中的嵌固条件,如是岩面或打入困难的土层(N30)的高度较高,需采用钻孔栽桩的方法来满足嵌固条件。为了提高桩的承载力和减小沉降,应尽量将基桩尖打入良好持力层的一定深度。桩未能达到硬土层,在满足单桩承载力的基础上应使同一桩台的桩打至同一土层,且桩尖标高不宜相差太大,以免桩台产生不均匀沉降。,基桩的施工顺序(平面布置)打桩需按一定顺序,因此在进行桩基布置时,必须考虑施工可能性。保证每根桩都能打,且施工方便;不妨碍打桩船的抛锚和系缆;尽量减少调船和变动打桩架斜度。
12、但有时由于结构的原因,桩基布置复杂,并受到水位、地形条件和打桩船性能的限制,有些桩不易打,甚至打不到,则需考虑是否改变桩基布置或采用特种施工方法。,三.上部结构的布置,布置原则 在拟定结构系统,进行构件布置和选择构件型式时应遵守以下原则:结构系统简单;结构受力明确合理;整体性好,有足够的刚度;尽量采用预制构件和预应力构件;构件类型少,便于预制安装,现浇工作量少。、结构布置 在梁板式高桩码头的上部结构中,面板、横梁必不可少。因此,结构布置关键在于是否设置纵梁和设几根纵梁,而纵梁的设置取决于码头面上荷载的性质和大小以及结构的整体性要求。,1、无门机、无火车 只承受一般车辆轮压荷载和均布荷载,可不设
13、纵梁,而设空心大板或“”型板和“”型板(有大型流动起重机械时)2、有门机、无火车 设两根门机轨道梁。在轨道梁间:无大型流动起重机械时:不设纵梁,(空心)板放在横梁上;有大型流动起重机械时:设数根纵梁,板放在纵梁上。3、有门机、有火车 设两根门机轨道梁,增设二或四根火车轨道梁。,、板型、梁型的选择 按受力情况分:梁:简支梁 连续梁 悬臂梁 板:单向板:简支板、连续板和悬臂板;双向板:四边简支、四边固定、三边简支一边自由和三边固定一边自由。1、悬臂板梁 尽量少用,除靠船构件及变形缝外。,2、简支或连续板梁 前方平台:受力复杂,整体性要求高,刚度要求高。横梁:连续梁 纵梁:梁板式高桩宜用连续梁,有条
14、件可用预应力迭合梁;高桩框架式由于排架本身刚度大,当码头较长时可用简支梁,预应力简支梁,当码头较短时,宜用连续梁或预应力迭合梁。面板:取决于荷载的性质和大小,整体性要求及施工方法。荷载大、整体性要求有地震设防的码头高可用连续梁或四边固定板;荷载小、整体性要求不高,可用简支板或四边简支板。后方平台:整体性要求和刚度要求不高,一般都用简支板梁结构或预应力简支结构。,备注:单向板可采用预应力结构,其施工简单。但但单向板承受集中荷载的能力较差,一般不适用于大集中荷载的情况。双向板是双向承受荷载,因此内力比单向板小。但双向板需要双向配受力钢筋,一般只能采用非预应力结构。当有良好整体性要求或作用有较大集中
15、荷载时,宜采用双向板。,、高桩码头的计算,计算原则:高桩码头计算应分别按持久状况、短暂状况、偶然状况三种设计状况,并按不同的极限状态和效应组合进行计算和验算。按承载能力极限状态设计的有:结构的整体稳定、岸坡稳定和挡土结构稳定等;构件的强度;桩、柱的压屈稳定等;桩的承载力等。,按正常使用极限状态设计的有:砼构件抗裂、限裂;梁的挠度;柔性靠船桩水平变位;装卸机械作业引起的结构振动。本节仅介绍梁板式高桩码头上部结构和横向排架的计算。上部结构的计算:面板、纵梁(门机梁等)、横梁和靠船构件。横梁与基桩一起构成横向排架,横梁的内力通过横向排架的计算求得。,一.面板内力计算,可按弹性薄板小扰度理论以静力分析
16、法进行数值计算,也可按面板的支承情况分为单向板和双向板按简支法计算。、计算图式和计算跨度 1、计算图式 单向板:简支板、悬臂板和连续板;双向板:四边简支、四边固定、三边简支一边自由和三边固定一边自由等。在计算时应根据实际的结构型式(如空心板)、板的尺寸及其周边支承情况和板间连接情况等因素来合理选择计算图式。,支承情况 两边支承、两边自由板:为单向板,如空心板。四边支承板:la/lb2为单向板,la/lb2为双向板(事实上均为双向板)单向板:计算时沿长边方向取板宽,短边方向取为板跨,只考虑单向配筋,类似于梁。双向板:则考虑双向受力,按双向配筋。支承构造 简支板、悬臂板和连续板的判别:主要根据板和
17、板之间、板与梁之间的连接构造来确定。简支板:在支座处自由搁置或简单连接;连续板:在支座处整体连接,如迭合板;悬臂板:板的一边与梁整体连接,而另三边自由。计算同简支梁、连续梁和悬臂梁。,2、计算跨度 在确定板的计算跨度时,应考虑支座对板的影响,计算跨度分弯矩计算跨和剪力计算跨。弯矩计算跨度 P86表441 简支板:ll0h且l0e,l0净跨 连续板:B10.1lc时,llc(不考虑支座宽度影响),lc中心线 B10.1lc时,l1.1lc(考虑支座宽度影响)剪力计算跨度 无论是简支板还是连续板,均取净跨,ll0,、集中荷载的接触宽度和传递宽度 设集中荷载的接触宽度为a2b2,垫层厚度为hs,则:
18、1、传递宽度(传递到面板上的传递宽)单轮作用时:顺板跨方向a1a22hs;垂直板跨方向b1b22hs。多轮作用时,且轮距较小,传递范围相互重叠:顺板跨方向:a1a22hsY;垂直板跨方向:b1b22hsX。Y、X分别为顺板跨和垂直板跨方向的最外两轮的中心距。多轮不重叠时:按单轮情况计算。,2、传递以后的荷载强度q0 q0p/a1b1,p传递范围内的集中力总和。3、当火车、门机轨道铺在横向枕木上时:顺板跨方向a1l2H(式中l枕木长)垂直板跨方向b1B12H(式中H为道渣厚,B1为枕木宽)4、当火车、门机轨道直接作用在板上时:顺板跨方向a1a2 垂直板跨方向b12H,、集中荷载作用下板的计算宽度
19、 1、影响有效分布宽度的主要因素 宽跨比;板厚;荷载接触面积;荷载作用位置。,2、集中荷载作用下单向简支板和连续板的计算宽度 现设想以bMmax的矩形来代替实际的Mx曲线分布图形,即:则得:弯矩图形的换算宽度:bM/Mmax(M为总弯矩)。Mmax荷载中心处的最大弯矩值。上式中b即为集中荷载作用下板的计算宽度。板的有效分布宽度(计算宽度)b主要决定于荷载作用的位置和大小,板的计算跨度以及板的支承情况。相同条件下:固接板的工作宽度比简支板小3040;愈靠近支座处,板的工作宽度也愈小。,考虑实际情况的诸多因素,并便于计算,规范规定简支板和连续板的工作宽度可按如下计算:中置荷载(荷载接触面积中心位于
20、1/2 板宽至y0.5bc)的弯矩计算宽度:偏置荷载(荷载接触面积中心位于自由边附近,且y0.5bc)的弯矩计算宽度:,当有多个集中荷载同时作用,弯矩计算宽度重叠时,其计算宽度取bcS,S为最外面集中荷载的中心距离:备注:,单向板集中荷载作用下的剪力计算宽度 平行板跨方向的剪力计算宽度:垂直板跨方向的剪力计算宽度、中置荷载(荷载位于l/2板宽附近,且y0.3x1.8h0)的剪力计算宽度:式中:h0板的有效高度(m);钢筋砼中的有效高度为h0ha。、偏置荷载(荷载位于自由边附近,且y0.3x1.8h0)的剪力计算宽度:,3、集中荷载作用下悬臂板的弯矩计算宽度 悬臂板根部沿Y 方向各板条的弯矩分布
21、根据弹性薄板理论分析,当板端作用集中力P时,在荷载中心处 的板条根部最大弯矩为Mmax0.465P,而此荷载所引起的总弯矩MPl0,因此按最大弯矩换算的工作宽度为:bM/MmaxP l0/0.465P2.15l0 由此可见,悬臂板的工作宽度接近于2倍悬臂板长度,也即荷载可近似按45角向悬臂板支承处传布,因此规范规定:bcb12x 备注:对于履带式起重机,鉴于履带与板的接触宽度较大,故不管简支板、连续板或悬臂板,通常都忽略荷载压力面以外的板条参与工作,不论是荷载在跨中还是在支座处,均取单宽按实际荷载强度q进行计算。,、内力计算 1、单向板计算 确定计算跨径及计算宽度 计算荷载 施工期:板的自重(
22、预制板重现浇层面层);施工荷载按均布满载:q施2.5 kN/m2使用期:自重均布荷载(堆货)或流动机械荷载;内力计算简支板、悬臂板和连续板 计算时分别按简支梁、悬臂梁和连续梁的计算方法进行计算。,与梁整体连接的单向连续板 对于装配式的单向连续板,应考虑施工和使用两种情况。,、计算图式 施工期:因板的街头尚未浇注或现浇砼还未达到一定的强度,故按简支板计算(计算断面为预制部分)。使用期:接头处的砼已达到设计强度,活载产生的内力按连续板计算(计算断面为整块板)。、计算方法 采用简便的系数法计算,即:先按简支板计算出跨中最大弯矩 M。然后考虑梁对板的固接作用,乘以修正系数来计算跨中和支座处的计算弯矩。
23、即:MmM。m 弯距系数;M。按简支板计算时跨中最大弯矩设计值,在计算M。时应考虑各项作用效应组合。,在考虑固接作用时,其影响程度分两种情况:当h/H1/4时(板薄、梁高,梁不易转动,对板的嵌固作用显著,跨中弯矩减少较多):边跨板:边支座0.50M0;跨中0.6M0;中跨板:支座0.6M0;跨中0.6M0;当h/H1/4时(板厚、梁低,梁易转动,对板的嵌固作用不显著,跨中弯矩减少较少):边跨板:边支座0.50M0;跨中0.6M0;中跨板:支座0.7M0;跨中0.65M0;配筋计算 对面板的配筋为施工期和使用期所算的总和。,2、双向板的计算 双向板为双向受力,需双向配筋,双向钢筋既是受力钢筋,又
24、是分布钢筋,故较为经济,但双向板只能做非预应力。关于双向板的计算属于弹性薄板理论课题,其计算较为复杂。关于双向板弯矩计算查高桩码头设计与施工规范(附录B)或建筑结构静力计算手册。,备注:双向板的剪力计算近似按两个方向的单向板进行计算,分配到两个方向单向板上的荷载可按跨中挠度相等的原则求得:假设四边简支板,跨径为la、lb,当板中心处作用一集中力 P时,设分配到两个方向的单向板的荷载为Pa、Pb,板中心的两个方向的挠度:,根据:,对均布荷载:根据得到:,二.纵梁的计算,计算图式和计算跨度 计算图式 根据支承性质:简支梁支座处断开或简单连接。连续梁支座处整体连接 于桩帽上的连续纵梁,其内力应按弹性
25、支承连续梁计算。支承于横梁上的装配整体式纵梁,具有弹性支承性质,对于重要工程宜按弹性支承连续梁计算,对一般工程(特别是反映支承弹性性质的系数6EbIbk/l3较小时)可简化按刚性支承连续梁计算。,迭合梁 施工期:面板自重、纵梁自重、施工荷载作用下按简支梁计算 使用期:在使用荷载作用下按连续梁计算。计算跨度(P89表444),计算荷载 纵梁是板的支承,故纵梁除承受本身的自重及直接作用在其上的荷载(如门机、火车)外,还要承受面板传来的荷载,包括面板的自重,以及作用在面板上的荷载产生的面板支座反力。均布荷载 包括面板自重、堆货等均布荷载q0。单向板 q0.5(l1l2)q0 双向板 qq0lb,集中
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