港口工程学课件：第一章.ppt

1、第一章 码头概论第一节 码头分类和组成第二节 码头结构上的作用及组合第三节 码头地面使用荷载第四节 船舶荷载第五节 其他荷载 一、码头分类：一、码头分类：第一节 码头分类和组成1. 按平面布置分类按平面布置分类顺岸式：顺岸式：应用最多，建设场地有充足的码头岸线满堂式满堂式引桥式引桥式引桥式高桩码头引桥式高桩码头 思考：引桥式码头适用于什么情况？有哪些优点？思考：引桥式码头适用于什么情况？有哪些优点？突堤式：突堤式：多用于海港，岸线长度不足，但前沿水 域较宽窄突堤窄突堤宽突堤宽突堤突堤式码头突堤式码头墩式：墩式：开敞式码头，大型油码头，要求前沿水深大栈桥墩式码头栈桥墩式码头2. 按断面形式分类按

2、断面形式分类直立式、斜坡式、半直立式、半斜坡式、多级式直立式、斜坡式、半直立式、半斜坡式、多级式l 直立式码头直立式码头适用于水位变幅不大的港口，如海港、河口港等l 斜坡式码头斜坡式码头适用于水位变幅大的中、上游河港或水库港l 半直立式码头半直立式码头适用于高水位时间较长，低水位时间较短的水库港l 半斜坡式码头半斜坡式码头适用于枯水期较长而洪水期较短的山区河流码头l 多级直立式码头多级直立式码头适用于水位差大且洪水期不长的上游河港3. 按结构型式分类按结构型式分类l 重力式码头重力式码头由结构自重来保持自身稳定 l 板桩码头板桩码头由板桩的入土部分的侧向土抗 力（被动土压力）和锚碇结构拉力来保

3、持稳定l 高桩码头高桩码头通过桩台将作用在码头上的荷 载经桩基础传给地基l 混合式码头混合式码头几种以上结构形式的混合重力式码头断面图重力式码头断面图板桩码头断面图板桩码头断面图高桩码头断面图高桩码头断面图混合式码头断面图混合式码头断面图 透空的重力式码头透空的重力式码头4. 按用途分类： 货运码头（杂货码头、煤码头、油码头、集装箱码头等）、客运码头、轮渡码头、工作船码头、渔码头、军用码头、修船码头等。 秦皇岛煤码头秦皇岛煤码头 珠江高栏桥油码头珠江高栏桥油码头 舟山沈家门渔港舟山沈家门渔港 大连旅顺军港大连旅顺军港l思考：实体式码头与透空式码头的区别思考：实体式码头与透空式码头的区别 P6

4、码头形式上码头形式上 耐久性上耐久性上 码头前波浪反射上码头前波浪反射上 基本计算荷载上基本计算荷载上二、码头的组成部分码头主体部分码头设备上部结构下部结构 + 基础重力式码头组成部分简图重力式码头组成部分简图板桩码头组成高桩码头组成高桩码头组成码头的组成部分码头的组成部分组成部分结构形式重力式码头重力式码头板桩码头板桩码头高桩码头高桩码头主体结构上部结构 胸墙 帽梁或胸墙承台或梁板及靠船构件下部结构墙身板桩墙桩基础抛石基床其它墙后回填料拉杆、锚锭结构挡土结构码头设备系船设备、防冲设备、工艺及安全设施、路面2. 下部结构和基础的作用 支承上部结构，形成直立岸壁 将作用在上部结构和本身上的荷载传

5、递给地基3. 码头设备作用 用于船舶系靠和装卸作业1. 上部结构的作用 P6 第二节 码头结构上的作用及组合直接作用：即为直接作用：即为“荷载荷载”间接作用：支座位移、温度变形间接作用：支座位移、温度变形 等引起的结构附加内力等引起的结构附加内力 在工程上：地基沉降、在工程上：地基沉降、 混凝土收缩变形混凝土收缩变形过去老规范的设计方法：安全系数法过去老规范的设计方法：安全系数法过去的方法主要存在三方面问题：过去的方法主要存在三方面问题：要考虑抗力分项系数要考虑抗力分项系数 R现行的设计方法：可靠度设计方法现行的设计方法：可靠度设计方法（1）三种设计状况（2）两种极限状态（3）将过去的安全系数

6、）将过去的安全系数K一分为二：一分为二： 荷载分项系数抗力分项系数荷载分项系数抗力分项系数Sd Rd荷载不再是统一打一个安全荷载不再是统一打一个安全系数，而是根据概率权重考系数，而是根据概率权重考虑不同的荷载分项系数，且虑不同的荷载分项系数，且针对不同的设计状况考虑不针对不同的设计状况考虑不同的荷载组合形式；同的荷载组合形式；抗力方面，针对不同结构采抗力方面，针对不同结构采用不同的抗力分项系数；用不同的抗力分项系数；港口工程结构可靠度设计统一标准港口工程结构可靠度设计统一标准（GB50158-92）港口工程结构必须满足四项功能港口工程结构必须满足四项功能:能安全承受在使用和施工期可能出现的各种

7、作能安全承受在使用和施工期可能出现的各种作用；用；在在正常使用和维护下具有合适的工作性能；正常使用和维护下具有合适的工作性能；在正常使用和维护下具有足够的耐久性；在正常使用和维护下具有足够的耐久性；在发生偶然事件情况下，结构仍能保持必需的在发生偶然事件情况下，结构仍能保持必需的整体稳定性。整体稳定性。其中其中、属于承载能力极限状态设计要求属于承载能力极限状态设计要求 、正常使用极限状态设计要求正常使用极限状态设计要求一、作用的分类 作用的分类：作用的分类： 按时间变异分：按时间变异分：永久作用、可变作用、偶然作用 按空间变异分：按空间变异分：固定作用、自由作用 按结构反应分：按结构反应分：静态

8、作用、动态作用 分类的目的：分类的目的：对应结构设计的两种极限状态（承载能力极限状态和正常使用极限状态），选取不同的作用组合（仅按时间变异考虑) 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、土重力以及由永久作用引起的土压力等。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的作用。如：堆货荷载、流动起重运输机械荷载、可变作用引起的土压力、船舶荷载、波浪力等。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。二、作用组合和作用的代表值l对于单个作用（荷载），它的代表值有三种：对于

9、单个作用（荷载），它的代表值有三种：标准值标准值作用的主要代表值。频遇值频遇值结构上较频繁出现的较大值。 频遇值标准值频遇值标准值 1， 1取取0.8准永久值准永久值结构上的经常作用值，它在设计基准期内具有较长的总持续期。 准永久值标准值准永久值标准值 2， 2取取0.6永久作用的代表值：标准值。永久作用的代表值：标准值。 可变作用的代表值：三种都有。可变作用的代表值：三种都有。作用组合l 承载能力极限状态1. 持久组合 永久作用持续时间较长的可变作用2. 短暂组合 永久作用持续时间较短的可变作用3. 偶然组合 永久作用偶然作用l 正常使用极限状态1. 持久状况：短期效应（频遇）组合、长期效应

10、（准永久）组合2. 短暂状况三、结构的设计状况和极限状态设计表达式三、结构的设计状况和极限状态设计表达式正常使用条件下正常使用条件下持久状况持久状况 设计条件：设计条件：按承载能力极限状态的持久组合（承载力和稳定性要求）和正常使用极限状态的持久状况（变形和沉降要求），分别进行设计。施工和安装条件下施工和安装条件下短暂状况短暂状况 设计条件：设计条件：按承载能力极限状态的短暂组合进行设计（承载力和稳定性要求），必要时同时对正常使用极限状态的短暂状况进行设计（变形和沉降要求）。设防地震条件下设防地震条件下偶然状况偶然状况 设计条件：设计条件：按承载能力极限状态的偶然组合进行设计（承载力和稳定性要求

11、）1. 承载能力极限状态承载能力极限状态 设计表达式：设计表达式： Sd RdSd作用效应设计值，如法向压力，剪力和弯矩Rd结构抗力设计值，如抗压，抗拉，抗剪等注：注： Sd与作用效应组合有关，根据持久组合，短暂组合，偶然组合分别设计极限状态设计表达式极限状态设计表达式01111()ndGGKQQKQiQiiKiSC GC QC Q1ndGGKQiQiiKiSC GC Q（1）持久组合（2）短暂组合（3）偶然组合2. 2. 正常使用极限状态正常使用极限状态 设计表达式设计表达式 S RS作用效应设计值，如变形、裂缝宽度和沉降量等设计值R限值，如规定的最大变形、裂缝宽度和沉降量等设计值注：注：S

12、值应考虑不同的作用效应组合 （1）持久状况的短期效应（频遇）组合（2）持久状况的长期效应（准永久）组合QikGKsSSS18 . 01QikGKSSS216 . 02QikGKSSS（3）短暂状况第三节 码头地面使用荷载港口工程荷载规范JTJ215-98码头地面使用荷载包括：码头地面使用荷载包括：l 一、堆货一、堆货荷载荷载与人群荷载与人群荷载l 二、流动起重运输机械荷载二、流动起重运输机械荷载l 三、铁路荷载三、铁路荷载和汽车荷载和汽车荷载 一、堆货荷载与人群荷载一、堆货荷载与人群荷载堆货荷载堆货荷载堆货荷载是码头面上主要使用荷载，考虑以下主要因素：堆货荷载是码头面上主要使用荷载，考虑以下主

13、要因素：1)装卸工艺确定的堆存情况：堆货的极限高度2)货种及包装方式3)货物的批量与堆存期4)码头结构型式：高桩码头与重力式码头做对比5)堆货荷载分区：码头前沿地带码头前沿地带q1，前方堆场，前方堆场q2，后方，后方堆场堆场q3码头前沿地带、前方堆场、后方堆场码头前沿地带、前方堆场、后方堆场人群荷载人群荷载客运码头、人行引桥、人行栈桥设计需考虑人群荷载客运码头、人行引桥、人行栈桥设计需考虑人群荷载关于q q1 1、q q2 2、q q3 3和人群荷载的取值查阅附录一。和人群荷载的取值查阅附录一。二、流动起重运输机械荷载二、流动起重运输机械荷载要点：要点：v 荷载形式：荷载形式：竖向集中荷载v

14、荷载类型：荷载类型：1) 门座起重机荷载：查阅附录一。2) 轮胎式和汽车式起重机荷载：荷载规范P70-P753) 缆车荷载：斜坡式码头货物上、下坡 4) 集装箱装卸桥荷载tKGQngP汽车式起重机汽车式起重机重庆朝天门码头的缆车重庆朝天门码头的缆车集装箱装卸桥集装箱装卸桥三、铁路荷载和汽车荷载三、铁路荷载和汽车荷载1.铁路荷载铁路荷载要点：要点：v铁路列车机车车辆v自重作用下的竖向荷载v统一采用标准的铁路荷载图示：中活载标准铁路荷载图式标准铁路荷载图式 中活载中活载中活载中活载计算要点：计算要点：v两个图示按计算结果的大值采用。一般情况下，普通活载对大跨度结构起控制作用；特种活载对小跨度（小于

15、35m）结构起控制作用。v对于直接承受铁路荷载的结构构件的计算（轨道梁、单向板、轨枕），荷载标准值中活载值 调整系数。表1-3-2v计算铁路荷载产生的土压力时，铁路荷载均简化为沿钢轨的竖向线荷载，数值大小见表1-3-2。2.汽车荷载汽车荷载1) 汽车荷载汽车平板挂车2) 汽车荷载按单辆汽车总重量分为： 10t，15t，20t，30t，55t五个等级3) 附录一第四节 船舶荷载港口工程荷载规范JTJ215-98第四节第四节 船舶荷载船舶荷载l一、船舶系缆力船舶系缆力通过系船缆而作用在码头系船柱（或系船环）上的力，由风和水流等作用产生l二、船舶挤靠力船舶挤靠力船舶停靠码头时，由于风和水流作用，使船

16、舶直接作用在码头上的力l三、船舶撞击力船舶撞击力码头靠岸或在波浪作用下撞击码头时产生的作用力一、船舶系缆力一、船舶系缆力1 风和流产生的系缆力风和流产生的系缆力 计算公式：计算公式： K Fx Fy N = + n sincos coscos 式中：式中： N系缆力标准值 Fx ， Fy风和水流对船舶的作用所产 生的横向、纵向分力总和 （KN） K系船柱受力不均匀系数 n计算船舶同时受力的系船柱数目，表1-4-1 系船缆的倾角系缆力沿各个方向的分力系缆力沿各个方向的分力 Nx = N sincos Ny = N coscos Nz = N sin2 2 系缆力取值标准系缆力取值标准 港口工程荷

17、载规范规定计算得到的系缆力标准值不应大于缆绳的破断力，同时也不得低于表1-4-2和表1-4-3中规定的下限值。 216. 0DNp二、船舶挤靠力风和流产生二、船舶挤靠力风和流产生1 1 防冲设施连续布置防冲设施连续布置 KjFx F Fj j = Ln式中：式中： F Fj j 挤靠力标准值，kN/mkN/m Kj j挤靠力分布不均匀系数，取 1.1 F Fx x可能同时出现的风和流对船舶作用产生的横向分力总和（kN） L Ln n船舶直线段与防冲设施接触长度（m）2 防冲设施间断布置防冲设施间断布置式中：式中： F F j j 挤靠力标准值，kNkNK j挤靠力不均匀系数 取 1.3n 与船

18、舶接触的防冲设施组数或个数jXjKFFnl 三、船舶撞击力三、船舶撞击力1 船舶靠岸时对码头产生的撞击力船舶靠岸时对码头产生的撞击力 式中：式中： E0船舶靠岸时，有效撞击动能 （kJ） U 与船舶接触的橡胶护舷及靠船建筑物所吸 收的总能量（kJ） 有效动能系数 0.70.8 M船舶质量（t） Vn船舶靠岸时的法向速度 （m/s） 2 系泊时船舶在系泊时船舶在波浪作用下波浪作用下的撞击力由模型试验确定的撞击力由模型试验确定202nMVUE第五节第五节 其他荷载其他荷载l一、水流力水流力通过内河墩式码头及其他透空式码头产生的水流力l二、冰荷载冰荷载撞击力、上拔力、摩擦力、膨胀力l三、土压力土压力

19、对于墙后有回填土的实体式码头（重力式码头、板桩码头），土压力是一项主要设计荷载。一、水流力一、水流力作用在建筑物上的水流力作用在建筑物上的水流力式中：式中： FW水流力标准值 V 设计流速 Cw水流阻力系数 水流密度 A计算构件在与流向垂直平面上的投影面积AVCFWW22二、冰荷载二、冰荷载作用在建筑物上的冰荷载作用在建筑物上的冰荷载式中：式中： F1极限冰压力标准值 h计算冰厚 b桩迎冰面投影宽度 A冰温系数 Ry冰抗压强度标准值 m形状系数ymAbhRF 1三、土压力三、土压力作用在建筑物上的土压力作用在建筑物上的土压力 1. 1. 刚性挡土墙土压力：刚性挡土墙土压力： 朗肯理论：填土面水平、墙背直立、填土与墙背无摩擦 库伦理论：适用于无粘性土2. 2. 柔性挡土墙土压力：柔性挡土墙土压力： 板桩码头土压力计算（第三章）