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1、XXX多用途码头1号泊位工程设计重力式沉箱结构Design for Multipurpose Wharf Enginnering of Caofeidian PortGravity Caisson Structure摘 要本设计是根据设计任务书的要求和港口与航道工程规范汇编的规定，对XXX多用途码头进行方案比选和设计，并对沉箱部分进行了结构内力计算。通过对本码头相关地质情况进行分析并结合各种码头形式的优缺点，确定本多用途码头采用重力式沉箱结构。本设计的图纸采用AUTO CAD绘制，其中一张手绘，另外论文还翻译了英文文献“在集装箱码头利用计算机仿真优化生产调度。关键词：重力式码头；沉箱；波浪力；
2、沉箱的浮游稳定。ABSTRACTThe design is based on the design requirements of the mission statement and the port and waterway engineering the compilationrequirement, the multi-purpose terminals Caofeidian scheme selection and design, and part of the structure caisson internal force calculation. Related to the t
3、erminal through the analysis of geological conditions and combining the advantages and disadvantages of various terminals in the form determined by the multi-purpose gravity caisson wharf structure.显示对应的拉丁字符的拼音字典1. 名词 1. 码头2. 动词 1. 卸上码头 The design drawings using AUTO CAD drawing, in which a hand-pai
4、nted, another paper also translated in English literature in the container terminal scheduling optimization using computer simulation.KEY WORDS：terminal gravity；caisson；layout；stability.目 录第1章 设计背景11.1 工程概述11.2 设计原则11.3 设计依据11.4 设计任务1第2章 设计资料22.1 安全等级22.2 地形条件22.3 水文条件2第3章 设计成果33.1 总体设计成果33.2 结构方案成果
5、33.3 施工图设计成果33.4 关键性技术要求33.5 设计成果评价3第4章 总平面设计34.1 工程规模34.2 布置原则44.3 设计船型44.4 作业条件44.5 总体尺度44.6 平面方案比选84.7 工艺设计8第5章 结构选型105.1 结构型式105.2 构造设计105.3 作用分析14第6章 结构计算416.1 稳定性验算416.2 构件设计51致谢80参考资料及设计规范81外文资料及译文83毕业设计任务书89毕 业 设 计 任 务 书89第1章 设计背景工程概述 该工程名为唐山港XXX港区通用码头1号泊位工程。 开发建设XXX港区，是京津冀及周边地区钢铁、石化产业发展的客观需
6、求。京津冀及周边地区的经济结构中，钢铁、石化等行业在全国具有举足轻重的影响。华北地区首钢集团、唐钢、宣钢、包钢、天钢、承钢六大钢厂进口矿石需求量以及燕山石化、天津石化公司、石家庄炼油厂、沧州炼油厂等石化企业的进口原油需求量很大。而远洋运输进口矿石、原油，最经济合理的运输船型为万吨级。特别在“北煤南运”的大通道建设中，将起到重要作用。第2章 设计资料第1章第2章2.1 安全等级码头安全等级均为II级。2.2 地形条件 本工程位于XXX港区1#港池东侧岸线转折点以北。本设计范围多用途码头1号泊位。2.3 水文条件(一) 设计水位设计高水位：2.91m；设计低水位：0.53m；极端高水位：4.46m
7、；极端低水位：-1.27m。(二) 波浪要素表2-1 码头前沿（五十年一遇）波浪要素表注：H（m），（s）第3章 设计成果第1章第2章第3章3.1 总体设计成果本工程位于XXX港多用途区，拟建一个3万吨级泊位的码头。码头面高程为4.9m，码头前沿水深为12.1m，航道水深为12.3m，船舶回旋水域设在进出港口的地点，方便船舶靠离码头，水深为12.3m，回旋水域直径为465m，航道宽度为202.12m。3.2 结构方案成果本码头采用重力式沉箱结构，沉箱宽度为10m，长度为16m，高为14m，总共设14个沉箱（端部沉箱为异型）。沉箱仓格纵向分为3格，横向分为2格，以减少集中应力。第4章 总平面设计
8、4.1 工程规模4.2 设计船型根据港口使用要求（未来货物吞吐量水平以及港口装卸能力），参考海港总平面设计规范JTJ21199附录A选取的船型见表4-1。表4-1 30000DWT杂货船船尺度总长L型宽B型深H满载吃水T181m27.6m14.5m11m4.3 作业条件本次设计的码头为3万吨级的多用途码头，作业要求：风：6级；雨：降水强度中雨；雾：能见度l km；雷暴：无雷暴。故因天气因素不能进行生产作业的天数为17.9+5.8+9+12-4=40.7（天）其中17.9为年平均风力大于6级的天数， 5.8为年平均降水强度为中雨之上的天数，9为年平均大雾实际出现天数，12为灾害性天气持续天数，4
9、为各种因素相互重叠的影响天数。所以该码头一年可进行作业的天数为365-40.7=324.3324（天）4.4 总体尺度4.4.1 码头泊位长度Lb=L+2d=181+2*19=219mLb=L+1.5d=181+1.5*19=209.5m Lb=L+d=181+19=200m 设计船型L=181m，根据上表取d=19m。4.4.2 码头横向宽度对有门机的码头，它是从码头前沿线到门机后轨外1.5m处范围内。门机距离码头前沿线2.0m，门机轨距10.5m，所以码头前沿地带宽度为14m。门机最大伸距为30m，所以前方堆场的宽度为23.25m。故前方堆场宽度取为24m。后方堆场。件杂货仓库和堆场的总面
10、积按下式计算： (4-4)代入数据得A=15306 （m2）后方堆场宽度为46m。综上，码头总的横向宽度为84m。4.4.3 码头前沿高程按下面公式确定： =+ (4-2) 式中：设计船型满载吃水11m；：龙骨下最小富裕深度。对于重力式码头，取0.6；：波浪富裕深度，因是有掩护水域故取0m；：传船舶因配载不均匀而增加的尾吃水。根据规范，杂货船可不计；：港池备淤深度，考虑一年进行一次维护性挖泥，取0.5m。综合以上各值，得12.1m。故码头前沿水底高程设计低水位0.5312.1=11.57m。码头面高程：按规范计算，基本标准：设计高水位1.01.52.91+1.01.5=3.914.41m；复核
11、标准：极端高水位+00.5=4.46+00.54.464.96m；故预留码头面标高取4.9m。4.4.4 码头前沿停泊水域尺度根据规范，码头前沿停泊水域的宽度不小于2倍设计船宽，即227.6=55.2m，取为55m。4.4.5 航道设计尺度 航道水深：与确定码头水深相比须考虑船舶航行时船体下沉增加的富裕水深，即：.1. 航道设计水深D的计算公式如下： (4-3)其中：T设计船型满载吃水11m；船舶航行时船体下沉增加的富裕水深0.2m；航行时龙骨下最小富裕深度0.6m：波浪富裕深度0m；船舶装载纵倾富裕深度0m；备淤富裕深度0.5m。综合以上各值，得12.3m。航道通航水深Do=D=12.30.
12、5=11.8mA=n(Lsin+B)由于不考虑横流的作用影响，故n=1.81，=3。故错船富裕间距取27.6m。船舶与航道底边间的富裕间距C=0.527.6=13.8m。综上所述，双向航道宽度W=2A+B+2C=267.1+27.6+213.8=189.4m。近似取为190m。设计底标高为-11.57m。4.4.6 陆域设计高程后方陆域高程。后方陆域高程取同码头前沿相同的高程，即+4.900m。4.4.7 码头前船舶回旋水域尺度根据规范，船舶回旋圆直径为2.0L=2.0181=362m。前面算得航道设计水深为12.8m，所以回旋水域设计水深为12.8m。4.5 平面方案比选根据前述设计条件提出
13、23种平面布置方案，并从技术经济角度进行比选。考虑门机轨距为10.5m，前轨距码头前沿2m，后轨外吊臂外伸距离30m，再考虑行车道的宽度，码头前沿地带的宽度取14m。 4.6 工艺设计4.6.1 装卸工艺选择装卸船作业所采用的机械，列出其性能指标及荷载指标，布置轨道。并说明水平运输和库场作业采用机械类型。装卸船采用门机，门机型号为Mh-4-250。水平运输采用拖挂车，库场作业采用铲车和轮胎吊机。10t门机台时效率一般为3050t，取40t，昼夜装卸作业时间取18h，码头全年工作天数取324d，则每台门机全年可完成装卸量23.33万吨，根据50万吨的设计吞吐能力，需配置2台10t门机。水平运输拖
14、挂车一拖三挂为一组，运距按100m计算，挂车每次运量取10t，行车速度按5km/h计算，拆、挂钩及调头等时间按每次100s计算，每小时可运输10次，配一组拖挂车完全可以满足两台门机的作业。检修等机动机械数量，全港统一考虑。4.6.2 缓冲设备 鼓形橡胶护舷的优点是：受力后经纬两个方向发生变形，内部应力分布均匀，可充分发挥材料本身的弹性，吸收能量大，反力低，用橡胶量小；由于设有防冲板，增大船体与护舷的接触面，特别是采用成组布置时，减小了船体外板单位面积上的压力；护舷不直接与船体接触，不易磨损和撞坏，使用年限长。鼓形橡胶护舷的具体型号通过撞击能量求得，将在撞击力部分具体给出。第5章 结构选型第1章
15、第2章第3章第4章第5章5.1 结构型式利用码头结构自身形成半掩护港池。码头采用混合式结构型式，即东部港池侧采用连片的重力式沉箱结构形成码头岸壁，西部临海侧采用人工块体护面的抛石斜坡式防波堤结构抵御NW及NNW向波浪的作用，码头承受NNE及E向的波浪作用。重力式沉箱结构与高桩墩台结构方案比较见表5-1表5-1 各方案的优缺点比较方 案重力式沉箱方案高桩墩台方案优 点1. 便于分期建设，对荷载适应能力强。2. 码头顶标高低，便于小船型靠泊。3. 码头整体性好，耐久性好，不需专设防腐处理。4. 安装速度快，近期形成岸壁快，适应开敞海域的施工。5. 沉箱安放一次出水，施工周期短，施工难度小。6. 与
16、后方陆域直接相连，便于管线的布设。1. 结构简单，安装工作量少。2. 使用材料总量较少。3. 挖泥和抛石棱体工程量少。缺 点1. 基槽挖泥和抛石棱体工程量较大。1. 耗用钢材量大。2. 码头顶面较高，需设置专用靠船设施才能兼顾较小船舶。3. 在开敞海域现浇混凝土数量多。4. 通过管线钢桥与后方陆域相连，不便于管线的布设。5. 钢管桩及钢桥均需防腐处理，且需定期维护。故本设计采用方案一。5.2 构造设计5.2.1 外形尺寸该码头的施工条件良好，没有特殊要求和限制，重力式码头变形缝间距一般采取1030cm，取沉箱长度为16m，码头总长度219m，共14个沉箱。沉箱高程取决于基床顶面高程和沉箱顶面高
17、程，箱顶高程要高于胸墙混凝土浇筑的施工水位，取2.0m，基床顶高程取港池底高程11.57m，沉箱高度为14m。沉箱宽度主要由码头的水平滑动及倾覆的稳定性和基床及地基的承载力确定，初步取12m（包括前趾和后踵各1m的悬臂）。5.2.2 隔墙设置结合本工程的具体情况，在箱内设置一道纵向隔墙和两道横向隔墙。5.2.3 箱内填料箱内的填料宜采用块石。5.2.4 构件尺寸根据规范对沉箱构件的构造要求和本码头的受荷情况及工程经验，初步拟定沉箱各构件的尺寸为：箱壁厚度300mm，底板厚度500mm，隔墙厚度200mm，在构件连接处设置200mm200mm的加强角，以减少应力集中。沉箱各部分尺寸示意图见图所示
18、。图5-1 沉箱横剖图图5-2 沉箱纵剖图图5-3 沉箱剖面图5.2.5 地基基础对于墙后有填土的码头建筑物，前趾的应力比后趾应力大，此时，基槽前底边线距墙前趾不宜小于1.5d（d是基床厚度），后底边线距后趾不宜小于0.5d。所以取基槽底宽18m，其中前底边距墙前趾4.5m，后底边距后趾1.5m。抛石基床一般采用1070kg或10100kg，并有适当的级配。5.2.6墙身胸墙 胸墙的结构形式采用现浇混凝土胸墙，采用阶梯式胸墙，顶宽3m。为保证施工的顺利进行，胸墙底高程应高于施工水位（取平均潮位1.82m），取为2.43m。5.2.7墙后回填对本工程来说，可以在安装缝处设置倒滤空腔，然后回填块石
19、。5.2.8其他构造沉箱结构的接头形式采用对头接。如下图所示5.3 作用分析确定所有作用在结构上的作用（荷载）的标准值，一般包括自重、土压、水压、波浪、水流、地震以及使用荷载（船舶荷载、机械荷载）等。5.3.1永久作用量值随时间的变化与平均值相比可以忽略的作用。如结构自重力、预加应力、土重力及由永久作用引起的土压力、固定设备重力、固定水位的静水压力及浮托力等。对于沉箱码头来说，永久作用主要包括结构自重、墙后填土产生的土压力、贮仓压力和水压力。5.3.1.1结构自重1） 极端高水位情况计算图示见图5-4，计算见表5-3所示：图5-4 极端高水位自重作用计算图表5-3 极端高水位自重作用计算计算项
20、目构件尺寸体积（m3）材料自重力G对前趾力臂X（m）稳定力矩 MG（kNm）上底宽下底宽高长沉箱前后壁、纵隔墙0.81416179.20 152688.00 6.00 16128.00 沉箱侧板、横隔墙1149.2128.80 151932.00 6.00 11592.00 沉箱底板9.20.51569.00 151035.00 6.00 6210.00 沉箱前、后趾0.81.111630.40 15456.00 6.00 2736.00 沉箱竖加强角0.20.213.56.48 1597.20 6.00 583.20 沉箱底加强角4.44.80.20.22.21 1533.12 6.00 1
21、98.72 沉箱前仓填石4.675480.22 115282.38 3.60 19016.55 沉箱后仓填石4.613.55927.16 1110198.72 8.40 85669.21 胸墙1水上30.441621.12 24506.88 2.50 1267.20 水下30.561626.88 14376.32 2.50 940.80 胸墙25.111681.60 141142.40 3.55 4055.52 胸墙3100.471675.20 141052.80 6.00 6316.80 沉箱上填石1水上80.441656.32 17957.44 8.00 7659.52 水下80.5616
22、71.68 10716.80 8.00 5734.40 沉箱上填石25.911694.40 10944.00 9.05 8543.20 沉箱后踵填石13.3713.67116216.32 102163.20 11.50 24876.80 合计29582.25 201527.93 每延米自重作用1848.89 12207.37 2） 设计高水位计算图示见图5-5，计算见表5-4所示：图5-5设计高水位自重作用计算图表5-4设计高水位自重作用计算表计算项目构件尺寸体积（m3）材料重度 （kN/m3）自重力G (kN)对前趾力臂X（m）稳定力矩 MG（kNm） 上底宽下底宽高长沉箱前后壁、纵隔墙0.
23、81416179.20 152688.00 6.00 16128.00 沉箱侧板、横隔墙1149.2128.80 151932.00 6.00 11592.00 沉箱底板9.20.51569.00 151035.00 6.00 6210.00 沉箱前、后趾0.81.111630.40 15456.00 6.00 2736.00 沉箱竖加强角0.20.213.56.48 1597.20 6.00 583.20 沉箱底加强角4.44.80.20.22.21 1533.12 6.00 198.72 沉箱前仓填石4.675480.22 115282.38 3.60 19016.55 沉箱后仓填石4.6
24、13.55927.16 1110198.72 8.40 85669.21 胸墙1311648.00 241152.00 2.50 2880.00 胸墙2水上5.10.991680.78 241938.82 3.556882.80 水下5.10.01160.82 1411.42 3.5540.56 胸墙3100.471675.20 241804.80 6.00 10828.80 沉箱上填石18116128.00 172176.00 8.00 17408.00 沉箱上填石2水上5.90.991693.46 171588.75 9.0514378.21 水下5.90.01160.94 1716.05
25、 9.05145.23 沉箱后踵填石13.3713.67116216.32 102163.20 11.524876.80 合计32573.45 219574.08 每延米自重作用2035.84 13723.38 3） 设计低水位情况计算图示见图5-6，计算见表5-5所示图5-6设计低水位自重作用计算图表5-5设计低水位自重作用计算表计算项目构件尺寸体积（m3）材料重度 （kN/m3）自重力G (kN)对前趾力臂X（m）稳定力矩 MG（kNm） 上底宽下底宽高长沉箱前后壁、纵隔墙水上0.81.871623.94 25598.40 63590.40 水下0.812.1316155.26 15232
26、8.96 613973.76 沉箱侧板、横隔墙水上11.879.217.20 25430.10 62580.60 水下112.139.2111.60 151673.94 610043.64 沉箱底板9.20.51569.00 151035.00 66210.00 沉箱前、后趾0.81.111630.40 15456.00 62736.00 沉箱竖加强角水上0.20.21.870.90 2522.44 6134.64 水下0.20.211.635.58 1583.74 6502.42 沉箱底加强角4.44.80.20.22.21 1533.12 6198.72 沉箱前仓填石4.674383.62
27、 114219.78 3.615191.19 沉箱后仓填石水上4.61.874102.78 181849.95 8.415539.61 水下4.611.634638.08 117018.89 8.458958.67 胸墙1311648.00 241152.00 2.52880.00 胸墙25.111681.60 241958.40 3.556952.32 胸墙3100.471675.20 241804.80 610828.80 沉箱上填石18116128.00 172176.00 817408.00 沉箱上填石25.911694.40 171604.80 9.0514523.44 沉箱后踵填石
28、水上2.3711637.92 17644.64 11.57413.36 水下1111.3116178.40 101784.00 11.520516.00 合计 30874.95 210181.57 每延米自重作用1929.68 13136.35 4)施工期情况施工期结构自重力由沉箱和沉箱内填石组成，由于沉箱后未填土，波浪力对沉箱有一定的作用，使得沉箱有象陆侧倾倒的趋势，故计算施工期时的力矩应以后址为作用点按照设计高水位情况计算。根据表5-3-3中沉箱自重和沉箱内填石自重的计算结果得每延米自重作用为5.3.1.2墙后填土产生的土压力=45则 =0.172=15=0.16式中：cos=1（kPa）
29、3）设计低水位：H=7m，LB=5m4.6m由于H/L=7/5=1.41.5,：则=0.172=0.16式中：cos=1=11贮仓压力计算结果见下表 Z（m）贮仓压力（kPa）01.5356.5016.5335571.5Kax=0.155 Z（m）贮仓压力（kPa）01.5356.5ax02.565.128.5311.08H=13.5m，LB=5m4.6m U=2(5+4.6)=19.2(m)S=4.65=23(m)=18kN/m3，=11kN/m3 贮仓压力计算结果见下表 Z（m）贮仓压力（kPa）011.9（水上）1.9（水下）681113.5016.8030.0318.3544.7952
30、.9361.73109.14 Z（m）贮仓压力（kPa）011.9（水上）1.9（水下）681113.504.928.805.3813.1215.5118.0931.985.3.2可变作用1、 堆货荷载产生的土压力2、 码头堆货引起的竖向作用3、门机荷载产生的土压力2)前轮200kN/轮，后轮100kN/轮3）第三种情况：前轮150kN/轮，后轮150kN/轮4、系缆力1）公式中DW应代入30000. 计算得： 计算得： （2）设计风速：设计风速的横向和纵向控制分量分别取，。（3）=664.29（kN）=146.70(kN)情况一：Vx=25.30m/s,Vy=0=478.71（KN）情况二：
31、Vx=0, Vy=25.30m/s=88.69（KN）3）撞击力：E0MVn2/2(KNm)（1-36）式中：=0.75。=0.10。(KNm)吸能量，反力5、波浪力1）极端高水位： ， 又直墙底处波压力强度 2）设计高水位:， 波长计算查（JTJ21398）附录G，内插求得波压力强度计算：又墙前产生立波。直墙底处波压力强度 水底处的波压力强度为：波谷压力引起的水平作用和倾覆力矩：3）设计低水位， 波长计算查（JTJ21398）附录G，内插求得波压力强度计算：又 4）、施工期波浪力计算， 又墙前产生立波满足波陡，相对水深d/L=0.1390.2 ：5.3.3偶然作用 第一部分（沉箱前后壁、总隔
32、墙）第二部分（沉箱侧板、横隔墙）第三部分（沉箱底板）第四部分（沉箱前、后趾）第五部分（前、后仓填石）第六部分（胸墙）第七部分（沉箱上填石）第八部分（沉箱后踵填石）层号码头总高H（m）重量（kN）重心（m）加速度分布系数各层（kN）本层以上（kN）第一层448071.425 159.602 159.60 第二层322071.425 114.714 274.32 第三层17250.251.015 43.780 318.10 第四层7600.461.028 19.531 337.63 第五层25332.76.141.373 869.418 1207.04 第六层4915.214.931.906 23
33、4.270 1441.31 第七层3780.815.551.944 183.760 1625.07 第八层3677.447.711.468 134.973 1760.05 作用分类荷载情况垂直力(kN/m)水平力(kN/m)稳定力矩(kNm/m)倾覆力矩(kNm/m)永久作用 自重力极端高水位1848.89 /12207.37/设计高水位1936.54 /12824.74/设计低水位1929.68/13136.35 /施工期1357.65 /8883.36/填料土压力极端高水位62.37239.71686.071340.9设计高水位68.67265.58755.371542.41设计低水位77
34、.82299.89856.021765.65可变作用波谷压力极端高水位67.86232.11271.441650.98设计高水位72.84213.26291.361376.86设计低水位80.40181.14321.60981.28波压力施工期-72.84236.11/1498.42582.72 (2081.14 ）堆货土压力17.4477.85191.84649.95前沿堆货210.00/2415.00/门机荷载（情况一）111.666.2348.2686.24门机荷载（情况二）78.127.75322.88107.80门机荷载（情况三）102.0811.63259.32161.77船舶系缆
35、力-8.916.60/291.20第6章 结构计算第6章6.1 稳定性验算6.1.1 作用效应组合因该地区地震烈度为7度，根据水运工程抗震设计规范（JTJ22598）第1.0.2条的规定，需要进行抗震计算。6.1.2 抗滑稳定性验算项目 组合情况土压力为主导可变作用时：0(E1EH+E2EqH+PPB)（GG+E1EV+E2EqV+UPBU)f/d0E1EHE2EqHPPB结果dGGEVEqVUPBUf结果结论持久组合一11.35239.711.2577.850.71.2232.11615.89341.111848.8962.37 17.44 1.200.61066.3034稳定持久组合二11
36、.35265.581.3577.850.71.3213.26657.69711.111936.5468.67 17.44 1.300.61119.7028稳定项目 组合情况波浪力为主导可变作用 (GG+E1EV+UPBU+E2EqV)f/d持久组合:0（E1EH+PPB+E2EqH)短暂组合：0PPB(GG-UPBU)f0E1EHPPBE2EqH结果dGGEVUPBUEqvf结果结论持久组合三11.35265.581.3213.260.71.3577.85709.339251.111936.5468.67 1.30 017.44 0.61115.8502稳定持久组合四11.35239.711.2232.110.71.2577.85670.259251.111848.8962.37 1.2017.44 0.61062.7361稳定短暂组合11.3501.2236.11/1.250283.332/11357.6501.272.8400.6762.1452稳定0EEHEQHpHPHTTH结果REGGEVEQVPVPPvf结果结论偶然组合极端高水位1.0 1.35 239.71 77.85 1.0 110.00 1.4
