上海海事大学-港口工程学设计书

高桩码头设计计算书

组号：1

姓名：邵亮

学号：200910413008

上海海事大学

海洋环境与工程学院

港口航道与海岸工程专业

2012年4月目录

摘要 (4)

第一章设计资料 (4)

1.1 工程概况 (4)

1.2 设计船型 (4)

1.3 水文及气象 (4)

1.4 地质条件 (4)

1.5 作用 (5)

第二章码头总体设计 (6)

2.1 码头泊位长度确定 (6)

2.2 码头桩台宽度确定 (6)

2.3 岸坡坡度 (6)

2.4 结构沿码头长度方向的分段 (6)

2.5 桩基设计与布置 (6)

2.6 混凝土强度等级 (7)

第三章码头结构的构造形式与布 (7)

3.1 桩 (7)

3.2 桩帽 (7)

3.3 面板与面层 (8)

3.4 横梁断面 (9)

3.5 纵梁断面 (10)

3.6 桩全长及桩顶高程确定 (10)

3.7 靠船构件 (11)

3.8 接岸结构 (12)

第四章码头附属设施 (12)

4.1 防冲设备 (12)

4.2 系船设备 (13)

4.3 其他设备 (13)

4.3.1 门机轨道 (13)

4.3.2 供水供电管沟 (13)

4.3.3 护轮槛 (13)

第五章计算 (13)

5.1 轨道梁计算 (13)

5.1.1 计算跨度 (14)

5.1.2 计算荷载 (14)

5.1.3 内力计算结果 (17)

5.2 一般纵梁计算 (19)

5.2.1 计算跨度 (19)

5.2.2 计算荷载 (19)5.2.3 内力计算结果 (21)

5.3 横向排架计算 (24)

5.3.1 桩的受弯计算长度 (24)

5.3.2 桩的轴向反力系数和支座的竖向压缩系数 (24)

5.3.3 计算图示 (25)

5.3.4 横梁计算跨度 (25)

5.3.5 计算荷载 (25)

5.3.6 内力计算结果 (26)

第六章参考文献与规范 (42)

第七章码头横断面 (43)

摘要：本设计旨在为1000吨级杂货船停靠和装卸建造一个高桩码头，属于小型码头。考虑码头性质、工程经济和地质条件等因素，选取宽桩台板梁式较为适宜，接岸结构选用挡土墙式，桩基选用mm mm 500500⨯预应力钢筋混凝土空心方桩。在计算过程中，所用的是易工软件的高桩板梁式码头CAD 模块，计算较为方便快捷，在设计过程中，对各种工程软件的应用十分的重要，应用得到会事半功倍。

1 设计资料

1.1 工程概况

码头结构由码头桩台、接岸结构组成。桩基为mm mm 500500⨯的预应力钢筋混凝土空心方桩。码头前设计底高程-5.15m ，码头面顶高程为4.0m 。桩底标高-28m 。

1.2设计船型

设计船型为1000吨级杂货船。

1.3水文及气象

（1）水位资料

设计高水位：2.m

极端高水位：3.68m

设计低水位：0.2m

极端低水位：-0.94m

（2）波浪

波浪重现期为50年，s T m H m H 4.8,9.0,3.1%13%1===

（3）水流

水流设计流速：s m V /1=，流向：与船舶纵轴接行

（4）风

按九级风设计，风速s m V /22=，超过九级风船舶离岗去锚地避风。

1.4地质条件

本工程码头区域土层分布较规律，根据其成因类型自上而下分为四大层：第一层：

1.5作用

（1）永久作用：码头结构自重

面板：m

KN/

5.

12

5.0

25=

⨯

面层：m

KN/

25

.1

05

.0

24=

⨯

横梁自重：()m

KN/

5.

23

4.0

1

6.0

9.0

25=

⨯

+

⨯

⨯

纵梁自重：

()

m

KN/

25

.

12

2

2

3.0

15

.0

2

1

4.0

25=

⎪

⎭

⎫

⎝

⎛⨯

+

⨯

+

⨯

⨯

(2)可变作用

a.堆货荷载：前方承台：30KPa；后方承台：60KPa

b.门机荷载：25

4-

-

h

M，轨距：10.5m；支腿纵距：10.5m，每只腿四个轮子；轮压：250KN/轮。

c.船舶荷载

撞击力：R=280KN

系缆力：N=170KN

（3）偶然作用

基本烈度为7度，地震设计烈度取基本烈度。

2 码头总体设计

2.1 码头泊位长度确定

根据设计船型资料和《海港总平面设计规范》，码头泊位长度取为110m。

2.2 码头桩台宽度确定

前桩台宽度：前方桩台设有轨距10.5m的门座起重机，故宽度取14.5m。

后桩台宽度：考虑采用型门机，最大回转半径为30m，故后方桩台宽度取15.5m。

2.3 岸坡坡度

码头前设计底高程-5.15m，码头面顶高程4.0m，码头宽度30米。考虑当地的土质

条件和设定的码头结构的宽度，岸坡坡度设为1：3。

2.4 结构沿码头长度方向的分段

为了避免码头结构产生过大的变形应力，需设置变形缝(凹凸缝)，将码头沿长度方向进行分段。变形缝的宽度取为20mm，变形缝内用泡沫塑料填充，以保证结构自由伸缩。变形缝的间距取为55m。由于该地区土质条件不好，为了加强对不均匀沉降的适应性，把结构分段处的两端做成悬臂式上部结构，悬臂的长度为1m。码头沿长度方向分为2段，每段长度55m。

2.5 桩基设计与布置

（1）前桩台：5×10=50根桩（一个计算段长）

前桩台横向排架间距取6m，横向排架桩距取

5.25m，则码头一个分段共有10榀横向排架。靠前

沿的门机梁下设置双直桩，后门机梁下布置叉桩，

斜度3：1，由于两者之间没有铁路，故布置一根直

桩。

（2）后桩台：4×10=40根桩（一个计算段长）

后桩台堆货荷载为前方桩台的两倍，为60KPa，

故后桩台横向排架间距取6m，横向排架桩距取4m，等间距布置4根直桩，则码

头一个分段共有10榀横向排架。

码头总共用方桩为（50+40）×2=180根

2.6 混凝土强度等级

3 码头结构的构造形式与布置

3.1 桩

500mm×500mm的预应力钢筋混凝土空心方桩，空心直径为240mm，混凝土采用C40，桩尖长取600mm，桩尖顶宽100mm，桩尖段箍筋间距加密范围为3d=1.5m，桩顶段箍筋加密范围为4d=2m。

设计桩的入土深度为-22.85m。

3.2 桩帽

桩帽的平面形状采用方形，对于截面尺寸为500mm×500mm 的单桩，桩帽底面尺寸为800mm×800mm，桩帽顶面尺寸为1200mm×1200mm，桩帽高度为600mm，桩帽形式及断面尺寸如图

对于双直桩和叉桩上方的桩帽，相邻两根桩在桩顶处的净距取为300mm ，桩帽底面尺寸为1600mm ×800mm ，桩帽顶面尺寸为2000mm ×1200mm ，桩帽形式

及断面尺寸如图

3.3 面板与面层

（1）前桩台：面板为5.25m ×6m 四边支承板，预制层厚度取350mm ，现浇层厚度取150mm ，磨耗层厚度取50mm ，为防止气温变化时面层混凝土忧郁膨胀和收缩产生裂缝，在面层设间距为5m 的伸缩缝，缝宽10mm 。 连续板计算跨度

预制板计算。

，即按双向板连续实心

短边计算跨度为

所以，长边计算跨度比

剪力计算：

，故弯矩计算：短跨剪力计算：，故弯矩计算：长跨22.15.4/5.45.41.1525.01.08.06.566.01.0m 4.00000<======>======<=m

l l m l l m l m B m

l l m l l m l B n n n

（2）后桩台：面板为预制圆形空心双向板，长取3m ，宽取5m ，厚度取500mm ，

空心圆直径取为300mm ，纵向拼缝用铰接，铰内采用C30细石混凝土，并浇捣密实。

3.4 横梁断面

前方桩台采用倒 T 形，下部预制安装，上部采用现浇，构成现场叠合式结构，

断面结构尺寸见图。单位：

mm

截

面

名

称

截面面积(m^2) 截面惯

性矩

(m^4)

弹性

模量

(kPa

材料重度

(kN/m^3)

材料名称

横梁

截面

.94

.196597

3.25E

+07 25

C40

3.5 纵梁断面

前方桩台采用花篮形，下部预制安装，上部采用现浇。断面结构尺寸见图。后

方桩台不设纵梁。单位：

mm

截面名称

截面面积(m^2)

截面惯性矩(m^4) 弹性模量(kN/m^2) 材料重度(kN/m^3) 材料名称 梁截面1 .49

4.459175E-02

3.25E+07

25

C40

3.6桩全长及桩顶高程确定

码头面顶高程4.0m ，码头前泥面底高程-5.15m ，桩底标高-28m ，桩嵌入桩帽

50mm ，故

桩全长=32000-2750+50=29900mm=29.3m 桩顶高程=4000-2750=1250mm=1.25m 桩自由长度：3.9m

3.7 靠船构件

靠船构件采用悬臂梁式，用来固定防冲设备，沿码头长度方向布置20个靠船构件。靠船构件之间设纵向水平撑，水平撑断面取35cm×30cm，与靠船构件外边线的距离取15cm。

3.8 接岸结构

因采用宽桩台，故采用矮小的挡土墙，结合抛石基床的挡土墙形式。为减少回填土和接岸结构沉降对码头桩基的影响，接岸结构与码头结构之间采用简支板连接。断面图和整体图式见下。

4 码头附属设施

4.1 防冲设备

码头吨位较小，从经济可行性出发，只需设置空

心轮胎护舷。1000一3000吨级的码头应采用尺寸不

小于14.00-20型的空心轮胎。间距取6m，每个靠船

构件上布置两个，即一榀排架共布置20个轮胎护舷。

4.2 系船设备

根据1000t 船舶系缆力下限值查得系船柱规格为150KN级，选用单挡檐型，间距取为18.3m，沿码头长度方向共设置7个，系船柱中心线距码头前沿线的距离取0.7m。

4.3 其他设备

4.3.1 门机轨道

门机轨道布置在码头的前方桩台上，距码头前沿2m，间距为10.5m。门机轨道下设纵梁。

4.3.2 供水供电管沟

设置在前边纵梁和起重机梁轨道之间。为了派出管沟

内的积水，管沟应有一定的坡度并在沟底设置排水孔。

4.3.3 护轮槛

采用直角式护轮槛，高度20cm，底部宽度30cm。护

轮槛在系船柱和伸缩缝处断开。

码头后沿是否有护轮坎：无。

5 计算

5.1 轨道梁计算

轨道梁按弹性支承连续梁计算。

5.1.1 计算跨度

施工期纵梁为简支状态，故计算跨度按

简支梁计算。

弯矩计算跨度：

。

不大于但式中n n l l mm e l l 05.1,

530000=+=

剪力计算跨度：mm l l n 51000==

5.1.2 计算荷载

（1）永久荷载

a. 纵梁自重：()m KN q /25.1222.03.015

.0214.025=⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡

⨯+⨯

+⨯⨯=

b. 面板支座力：()KN ql l l ql S N 79.44214121

2

100120=⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡⨯-+⨯=

=

c. 面层支座力：KN S N 48.42

1==

（2） 可变荷载

c. 堆货荷载通过面板的支座力：KN S N 49.1072

1==

d. 门机荷载：250KN/腿

（3）荷载组合

a.承载能力极限状态持久组合：永久荷载+散货荷载+门机

b.正常使用极限状态持久状况的标准组合：永久荷载+散货荷载+门机5.1.3 内力计算结果

a.承载能力极限状态持久组合：

b.正常使用极限状态持久状况的标准组合:

5.2 一般纵梁计算

一般纵梁按弹性支承连续梁计算。和轨道梁相比，少了门机荷载，故受力比较

简单。

5.2.1 计算跨度

施工期纵梁为简支状态，故计算跨度按简支梁计算。 弯矩计算跨度：。不大于但式中n n l l mm e l l 05.1,530000=+= 剪力计算跨度：mm l l n 51000==

5.2.2 计算荷载

（1） 永久荷载

a 纵梁自重：()m KN q /25.1222.03.015

.0214.025=⎥⎦

⎤

⎢⎣

⎡

⨯+⨯

+⨯⨯=

b 面板支座力：()KN ql l l ql S N 37.55214121

2

100120=⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡⨯-+⨯=

=

c. 面层支座力：KN S N 54.52

1==

（2） 可变荷载

c 堆货荷载通过面板的支座力：KN S N .1322

1==

（3）荷载组合

a.承载能力极限状态持久组合：永久荷载+散货荷载

b.正常使用极限状态持久状况的标准组合：永久荷载+散货荷载

5.2.3 内力计算结果

a. 承载能力极限状态总效应组合

b.正常使用极限状态持久状况的标准组合：永久荷载+散货荷载

5.3横向排架计算

5.3.1桩的受弯计算长度

按刚性桩台计算，桩端固接。

4

7

05

0052.0/10.206..316.49.3

.116.4m

I m KN E m t l l m

l mb I E T m T t p P f f P P =⨯==+=+====

==桩截面惯性矩：

桩材料弹性模量：桩受弯计算长度：桩自由长度：

桩相对刚度系数：受弯嵌固点深度：η

5.3.2 桩的轴向反力系数和支座的竖向压缩系数

()()()

()）

（根斜桩的轴向反力系数

—分别为叉桩支座中两

—、根斜桩的倾角

—分别为叉桩支座中两—、）

桩横截面周长（

）

准值（单桩垂直极限承载力标）

所需轴力（

桩入土部分的单位沉降和桩身横截面面积

分别为桩材料弹性模量长度分别为桩全长和桩自由桩的轴向反力系数斜桩：双直桩：单直桩：KN m K K u KN Q m KN C m KPa A E m L L KN m K K K K KN

m K K KN

m K K KN A q l q u Q m

KN Q C KN

m C A E L K Ud P P n n P R i fi ud ud P

P /m /)

()(,)

(,)

/(10

59.210

66.44.18sin

224.18sin

1sin sin

)

(sin 1

/1033.22

/1066.41025.02005.412019202/24570010130)145~115(/10

66.4245700

125

.010.29

.3121212

06

2

2

122

212

212

6

n n 6

6

7

0αααααα------------⨯=⨯⨯⨯⨯=

++=

⨯==⨯===⨯+⨯+⨯⨯=+==⨯==⨯=+

⨯⨯=

+=

----∑

5.3.3 计算图示：

5.3.4 横梁计算跨度

全部由直桩支承时，取桩轴线与梁底面线交点之间的距离；叉桩由直桩和叉桩支承时，取直桩轴线和叉桩的两桩轴线交点的垂线与梁底面线交点之间的距离，即都为5.25m 。

5.3.5 计算荷载

1） 永久荷载

a 横梁自重：()m KN /5.234.016.09.025=⨯+⨯⨯

b 面板自重—横梁 ：m KN ql /81.3225.55.1221210=⨯⨯=

c 面板自重—纵梁—横梁：KN S N 37.5521==

d 纵梁自重—横梁：KN ql N 75.36625.1221210=⨯⨯==

2） 可变荷载 e 堆货荷载－横梁：m KN q /75.78=

f 堆货荷载－纵梁－横梁：KN S N .13221==

g 门机滚动荷载－轨道梁－横梁：250KN/腿

3） 作用组合

承载能力极限状态短暂状况作用效应的短暂组合编号组合内容

1 永久荷载

2 永久荷载+施工均布荷载

正常使用极限状态持久状况的频遇组合

编号组合内容

1 永久荷载

2 永久荷载+施工均布荷载

b．使用期组合

承载能力极限状态持久状况作用效应的持久组合编号组合内容

1 永久荷载+件杂货、集装箱荷载1+门机1+船舶系缆力1

2 永久荷载+件杂货、集装箱荷载1+门机1+船舶靠岸撞击力1

正常使用极限状态持久状况的标准组合

编号组合内容

1 永久荷载+件杂货、集装箱荷载1+门机1+船舶系缆力1

2 永久荷载+件杂货、集装箱荷载1+门机1+船舶靠岸撞击力1 5.3.6 内力计算结果a. 施工期每种组合类型下的作用效应包络值

(1)承载能力极限状态短暂状况作用效应的短暂组合

(2)正常使用极限状态持久状况的频遇组合

横梁端部位移：Min=-.02(mm)，Max=0(mm)

b. 使用期每种组合类型下的作用效应包络值

(1)承载能力极限状态持久状况作用效应的持久组合

(2)正常使用极限状态持久状况的标准组合

横梁端部位移：Min=-.65(mm)，Max=2.19(mm)

c.横梁包络值汇总

承载能力极限状态计算结果

组合弯矩Min(kNm) 弯矩Max(kNm) 剪力Min(kN) 剪力Max(kN) 持久组合-404.325 12.507 -747.2607 1056.125 短暂组合-390.78 267.15 -265.98 273.104

偶然组合0 0 0 0

地震组合0 0 0 0

汇总-404.325 12.507 -747.2607 1056.125正常使用极限状态计算结果

组合弯矩

Min(kNm)

弯矩

Max(kNm)

剪力

Min(kN)

剪力

Max(kN)

竖向位移

Min(mm)

竖向位移

Max(mm)

持久状况的作

用效应标准组

合

-269.55 1143.5 -553.944 726.025 -5.354 0

持久状况的作

用效应频遇组

合

-300.6 205.5 -204.6 210.08 -1.74 0

持久状况的作

用效应频遇准

永久组合

0 0 0 0 0 0

短暂状况的作

用效应组合

0 0 0 0 0 0

d.桩汇总结果(桩受压为正,受拉为负,应力压为正,拉为负)

承载能力极限状态桩汇总结果

桩号截面

位置

轴力

Max(kN)

轴力

Min(kN)

弯矩

MAX(kNm)

应力

Max(MPa)

应力

Min(MPa)

是否

满足

1 桩顶1323.24 859.56 0 6.83 4.0

2 是

1 桩底1360.74 0.81 13.59 7.0

2 4.02 是

2 桩顶1418.54 918.77 0 7.45 4.37 是

2 桩底1456.04 950.02 13.18 7.45 4.36 是

3 桩顶1769.27 102

4 0 8.93 5.00 是

3 桩底1806.77 1055.25 15.43 9.12 4.41 是

4 桩顶687.83 170.52 0 7.86 -1.33 是

4 桩底728.4

5 201.77 99.75 7.8

6 -3.36 是

5 桩顶813.48 371.92 0 7.29 -1.09 是5 桩底850.98 403.17 80.4

6 7.6

7 -1.09 是

e.单桩承载力验算

单桩抗压极限承载力(已经考虑桩的重量,轴力为桩顶轴力)(0根桩不满足) 桩号桩顶轴压力(kN) 单桩抗压极限承载力(kN) 抗压是否满足

1 1323.25 2361.9 是

2 1418.55 2361.9 是

3 1769.27 2361.9 是

4 687.82 2052.07 是

5 813.48 2052.07 是

单桩抗拉极限承载力(已经考虑桩的重量,轴力为桩顶轴力)(0根桩不满足) 桩号桩顶轴拉力(kN) 单桩抗拉极限承载力(kN) 抗拉是否满足

1 0 1405.84 是

2 0 1405.84 是

3 0 1405.8

4 是

4 0 1184.24 是

5 0 1184.24 是

6 参考文献与规范

《海港总平面设计规范》JTJ 211-99

《海港总平面设计规范》（JTJ 211-99）局部修订（航道边坡坡度和设计船型尺度部分）

《港口工程荷载规范》JTS 144-1-2010

《港口工程桩基规范》JTJ 254-98

《港口工程地基规范》JTS 147-1-2010

《港口水工建筑物（第二版）》人民交通出版社

《高桩码头设计与施工规范》JTS 167-1-2010

《码头附属设施技术规范》JTJ 297-2001

易工软件--高桩板梁式码头CAD使用手册

SMU 港口工程学课程设计

易工软件--高桩板梁式码头CAD算例

7 码头横断面图

43

SMU 港口工程学 课程设计

44 1：33:14.0m 2.m 0.2m -5.15m

0.85m 0.45m

80801450

1050200525525200400400150

1550

200400-28.0m

门机轨道纵梁门机轨道起重机梁起重机梁内边梁

码头顶高程

设计高水位靠船构件底高程设计低水位码头前泥面底高程码头后泥

面底高程

桩底高程前桩台后桩台回填土

高桩码头横断面（尺寸：cm 高程：m）

挡土墙

5

×

5

×

2

9

3

50×50×293275

1

:

3

简支板1100