⾼桩码头课程设计计算书
⽬录
第⼀章设计资料 (1)1.1 码头⽤途 (1)1.2 ⼯艺要求 (1)1.3⾃然条件 (1)1.3.1地形 (1)
1.3.2 原有护岸情况 (1)
1.3.3地基⼟壤物理⼒学性质指标 (2)1.3.4 ⽔位 (3)1.4 建材供应 (3)1.5 施⼯条件 (3)1.6 码头规划尺度 (3)第⼆章码头结构选型 (4)第三章码头结构布置及构造 (4)3.1 码头结构总尺度的确定 (4)3.1.1码头结构的宽度 (4)
3.1.2 码头结构沿码头长度⽅向的分段 (4)3.1.3 桩顶⾼程 (5)
3.2 码头上⼯艺设备的型式及布置 (5)3.2.1 门机轨道的布置 (5)3.2.2 ⼯艺管沟的位置和尺⼨ (5)3.2.3 系船柱的型式和布置 (5)3.2.4 橡胶防冲设备的型式和布置 (6)3.2.5 护轮槛 (7)
3.3码头上部结构系统的布置和型式 (7)3.3.1 横向排架 (7)3.3.2 纵梁 (8)3.3.3 ⾯板和⾯层 (9)3.3.4 靠船构件 (10)3.4 基桩的布置及构造 (10)3.4.1 横向排架中桩的布置 (10)3.4.2桩的纵向布置 (10)3.4.3 桩的构造 (11)3.4.4 桩帽的构造 (11)
第四章码头荷载 (12)4.1 永久荷载 (12)
4.1.1 永久荷载计算图⽰ (12)4.1.2 永久荷载的计算 (13)4.2 可变荷载 (14)4.2.1 船舶荷载 (14)4.2.2 堆货荷载 (16)4.2.3 门机荷载 (16)
4.3 作⽤效应组合设计值的确定 (18)第五章横向排架计算 (19)5.1 计算基本假定 (19)5.2 桩的刚性系数 (19)5.3 桩上荷载及符号定义 (21)5.4 桩顶的变位 (22)5.5 桩顶断⾯的内⼒ (22)5.6 静⼒平衡⽅程 (22)5.7 基桩承载⼒验算 (24)第六章附件 (26)
(1) ⾼桩码头平⾯图与⽴⾯图 (26)（2）⾼桩码头断⾯图 (26)第⼀章设计资料1.1 码头⽤途
拟设计的码头系天津港所属船舶修理⼚的配套⼯程之⼀，供待修船舶系靠、检修、修理和新建船舶舾装之⽤。1.2 ⼯艺要求
满⾜主机马⼒为1900HP，长45.79⽶宽9.8⽶型深5.0⽶，最⼤吃⽔4.5⽶港作拖轮停靠和修理要求，满⾜长度为67.52⽶载重量1000吨，满载排⽔量为1830吨供游轮停靠要求。
满⾜轨距为10.5⽶，起重量为10吨，荷载代号为M h-4-25门座起重机（1台）在码头上作业的要求。
满⾜⾃重为23.8吨，最⼤其中量为16.8吨，使⽤吊重为9吨（打⽀腿⼯作）的Q161型轮胎吊在码头上作业的要求。满⾜码头上堆置15kN/m2的负荷要求。
码头前沿设两条⼯艺管沟，⼀条供敷设⽔、⼄炔、压缩空⽓之⽤，⼀条供敷设电缆⽤。码头前沿设置供船舶和电焊机使⽤的供电箱4个和供门机使⽤的供电箱1个。码头前沿设置船桩和防冲设备以供船舶安全⽅便系靠。1.3⾃然条件1.3.1地形
修船码头位于海河下游左侧凹岸内，现有岸坡稳定，⽔深⽆明显变化。1.3.2 原有护岸情况
现有护岸为⽊桩基L型钢筋混凝⼟结构，横断⾯如图1-1所⽰，经唐⼭⼤地震考验，安全可靠可继续使⽤，护岸前岸坡平均坡度为1：5。
图1-1 原有护岸的横断⾯图1.3.3地基⼟壤物理⼒学性质指标地基⼟壤物理⼒学性质指标见表1-1：
表1-1 地基⼟壤物理⼒学性质指标
当桩尖打⾄20.0m -以下时，桩端极限阻⼒21600/R KN m =。1.3.4 ⽔位
设计⾼⽔位：+3.50⽶；设计低⽔位：+1.00⽶；平均⽔位：+2.20⽶。1.4 建材供应
钢筋、⽔泥、⽊材按计划满⾜供应，钢筋品种、规格按实际构造需要选⽤，橡胶防冲设备可采⽤天津市⼯⼚⽣产的产品，砂⽯料由外地供应宜节约使⽤。1.5 施⼯条件
码头施⼯可委托⼀航局⼀公司承担，该公司技术⼒量雄厚，施⼯经验丰富，有规模⼤、机械化程度⾼的构件预制⼚，能制作各种规格的钢筋混凝⼟和预应⼒混凝⼟构件(桩、梁、板、靠船物件等)有⼤型和⼩型的起重运输机械和各种⼯程船舶(打桩船、起重船、拖轮、驳船等)可满⾜施⼯需要。1.6 码头规划尺度
码头平⾏于护岸布置，码头前沿线距钢筋混凝⼟L型挡⼟墙32.5m。码头长90m，码头宽度可根据使⽤要求和选⽤的结构形式确定。
码头前沿标⾼+4.5M码头前⽔深-4.0M。第⼆章码头结构选型
天津港海岸地貌为淤泥质海岸类型，⼟质较软，多为粘性⼟壤，承载能⼒差，适合打桩，故选⽤⾼桩码头。
由此码头的⽤途和⼯艺要求可知，码头上部结构中除了⾯板、靠船构件等主要组成外，还应布置⼯艺管沟和门机轨道梁等。所以对于其上部结构，承台式适⽤于⽔位变化较⼤，且岸坡⼟质较好的情况；⽆梁板式只能采⽤⾮预应⼒⾯板，且跨度不宜太⼤，桩的承载⼒不能充分发挥，码头⾯不能承受集中荷载；桁架式构造复杂，易损坏，难维修，造价往往就⾼。
梁板式⾼桩码头将码头⾯上的堆货荷载和流动机械荷载通过⾯板传给纵梁和横梁；门机荷载直接由门机轨道梁承受；作⽤在靠船构件和系船柱块体上的船舶荷载通过横梁传给桩基，故梁板式码头各构件受⼒合理明确；由于采⽤预应⼒钢筋混凝⼟结构，提⾼了构件抗裂性能，减少了钢筋⽤量；横向排架跨度⼤，桩的承载⼒能充分发挥，装配程度⾼，施⼯速度较承台式和桁架式快；因横梁位置较低，靠船构件的悬臂长度较⽆梁板式短；适⽤于荷载较⼤且复杂的⼤型海港码头。故此码头上部结构采⽤梁板式。
由于此地区地基中软⼟层较厚、⼟质差，且⼟坡已经较为稳定，所以可以建造宽桩台式⾼桩码头，这样既可以保证码头建筑物的整体稳定性，还可以减少填⽅。由于码头宽度较⼤，通常将整个码头结构⽤纵向变形缝分成前后桩台。第三章码头结构布置及构造3.1 码头结构总尺度的确定3.1.1码头结构的宽度
由于本码头采⽤宽桩台式⾼桩码头，码头结构宽度较⼤，⽽在此宽度内前后区域所受的荷载差异较⼤，故把码头⽤纵向变形缝分为前⽅桩台和后⽅桩台。前⽅桩台的宽度⼀般采⽤码头前沿地带的宽度，此码头的码头前沿地带设有宽度为10.5m的门机，且从码头前沿线到门机后轨外1.5m处的范围内。故码头前沿地带宽度为14m，且门机轨道下分别设有纵梁。-=。
后⽅桩台宽度取为32.51418.5m3.1.2 码头结构沿码头长度⽅向的分段
为避免在结构中产⽣过⼤的温度应⼒和沉降应⼒，沿码头长度⽅向设置变形缝。变形缝的宽度取为25mm，变形缝内⽤泡沫塑料的功能柔性材料填充，以保证结构⾃由伸缩。
本码头长度为90m，采⽤梁板式⾼桩码头，故变形缝的间距取为45m。变形缝的形式取为悬臂梁式，悬臂的长度取为 1.5m。为防⽌相邻两分段⽔平位移不⼀致，造成轨道错⽛，变形缝在平⾯上应作成凹凸形，凹凸缝的齿⾼为300mm。3.1.3 桩顶⾼程桩顶⾼程为+2.67。
3.2 码头上⼯艺设备的型式及布置3.2.1 门机轨道的布置
门机轨道布置在码头的前⽅桩台的纵梁上，从码头前沿线到门机后轨外的距离为2m。3.2.2 ⼯艺管沟的位置和尺⼨
此码头为舾装码头，在码头前沿应设置两条管沟，⼀条供铺设电缆和提供压缩⼄炔⽤，另⼀条供为船舶供⽔和提供压缩空⽓和氧⽓的管线。
对于⾼桩码头，管沟的位置⼀般设置在码头前沿靠船构件和前纵梁之间，在系船柱下⽅，两条管沟之间⽤墙开。采⽤⼩尺⼨管沟，管沟的宽度为0.7m，深度为0.9m。上⾯盖设厚度为0.2m，宽度为1.80m的盖板，下部铺设0.1m的底板。管沟底板接于靠船构件上，厚度为10mm。为排除管沟内积⽔，在管沟底部设置排⽔孔。管沟的尺⼨如图3-1：
图3-1 ⼯艺管沟结构图3.2.3 系船柱的型式和布置
本码头应满⾜载重量为1000t 的船舶，故船舶系缆⼒的下限值为150KN ，选择15t 级，在距码头前沿0.8m 处设置，系船柱之间的间距取为21m ，沿码头长度⽅向布置5个。选⽤单挡檐型，底盘形状选为⽅形，柱壳材料选为铸铁。系船柱的形式如图3-2：
图3-2 系船柱的型式及尺⼨3.2.4 橡胶防冲设备的型式和布置
由于海⽔腐蚀性强，同时船舶的尺度较⼤，故采⽤橡胶护舷。由于D 形橡胶护舷具有吸收能量⼤，反⼒适中，安装与维修⽅便，护舷底宽较⼩等优点，故在本码头中选⽤D 形橡胶护舷。船舶靠岸时的有效撞击能量：202n E MV ρ
=
式中：ρ——有效动能系数，取为0.7。 M ——船舶的质量，1830M t =n V ——船舶靠岸时的法向速度， 1.6/n V m s =
求得：016.40E KJ =,船舶⼀般是斜靠码头，因此船舶的撞击能量通常是考虑由⼀个护舷吸收，故选⽤D 形橡胶护舷30015003H L Z ?-。护舷尺⼨如图3-3：
图3-3 50015003H L z ?- D 形橡胶护舷
橡胶护舷的布置应满⾜船舶在各种⽔位和不同吃⽔条件下的安全靠泊，沿码头前沿⽴⾯竖向间端布置，船舶满载吃⽔时的⼲舷⾼度为1.3m ，⽽设计⾼⽔位与设计低⽔位之差为
2.5m ，故在靠船构件上设置3排橡胶护舷，⾼程分别为： 1.7m +、 2.8m +、 4.0m +。3.2.5 护轮槛
护轮槛断⾯尺⼨为100100mm mm ?。3.3码头上部结构系统的布置和型式3.3.1 横向排架3.3.1.1 前⽅桩台
前⽅桩台的横向排架间距取为7m ，两侧悬臂的长度为1.5m ，每分段设置7组横向排架。 3.3.1.2 后⽅桩台后⽅桩台的横向排架间距取为3.5m，两侧悬臂长度为1.5m，每分段设置1.3组横向排架。3.3.1.3 横梁的构造
前⽅桩台横梁的横断⾯形式采⽤到T形，下部预制的预应⼒结构，上部采⽤现浇形式，构成现场叠合式结构。为使桩帽伸出的钢筋穿⼊预制的下横梁，在横梁的端部预留椭圆形安装孔，其长轴(沿梁长⽅向)和短轴的长度分别为80mm和40mm。横梁宽度取为800mm。断⾯结构尺⼨见图3-4：
图3-4 横梁的结构尺⼨图
后⽅桩台为了减⼩梁的宽度⼜满⾜板的搁置长度，采⽤倒梯形断⾯。横梁宽度取为600mm。横梁⾼度取为1600mm。3.3.2 纵梁3.3.2.1 纵梁的布置
本码头为只设门机不设铁路的梁板式码头，所以在前⽅桩台的门机轨道下设置两个纵梁。后⽅桩台不设纵梁。3.3.2.2 纵梁的构造
纵梁的横断⾯采⽤空⼼矩形断⾯，选⽤下部预应⼒结构预制，上部结构现浇的叠合梁型式。纵梁⾼度取为1200mm，宽度取为400mm。纵梁构件如图3-5：
图3-5 纵梁的构造图3.3.3 ⾯板和⾯层
⾯板采⽤叠合式的实⼼板，下部分为预应⼒的预制结构，上半部分现浇。在预制部分的表⾯做成齿坎型。板的厚度为200mm，其中预制部分的厚度为120mm，现浇部分厚度为80mm。前⽅桩台板长取为7m，板宽为3m。后⽅桩台板长为
3.5m，板宽为3m。为防⽌⾯板钢筋锈蚀和下⾯保护层脱落，在⾯板内设置排⽓孔，直径为50mm，间距为3m。⾯板的断⾯如图3-6：
图3-6 实⼼板的断⾯形式
本码头采⽤叠合板，故⾯层与⾯板⼀起浇筑，⾯层的厚度为30mm。为防⽌⾯层混凝⼟在⽓温变化时引起膨胀或收缩⽽产⽣裂缝，故在⾯层上设置竖向不贯通的伸缩缝。缝宽10mm，缝深15mm，⽤聚⼄烯填充。缝的间距取为3m。⾯层做排⽔坡，坡度为0.8%。3.3.4 靠船构件
本码头为舾装码头，为使沿码头长度⽅向有全⾯的防护，⼩船不致误⼊码头下⾯，防护桩免受冰凌或其他漂浮物的撞击，码头的靠船构件采⽤悬臂板式。
悬臂板式靠船构件由悬臂版、胸墙板和⽔平纵梁组成，每两个横向排架之间设置⼀块靠船构件。悬臂板在预制场整体预制，运到现场安装，并与横梁整体连接。两个靠船构件在施⼯⽔位上的连接在现场浇筑，使其在码头⽅向连成整体。靠船构件断⾯图如图3-7：
图3-7 靠船构件断⾯图3.4 基桩的布置及构造3.4.1 横向排架中桩的布置
前⽅桩台本码头上含有门座起重机，在靠海⼀侧门机轨道梁下直接布置双直桩，在后门机梁下布置⼀组叉桩，叉桩的坡度取⽤为3:1。在前后轨道梁的中间布置⼀根直桩，桩距为5.25m。
后⽅桩台在横向排架下设置五组直桩，直桩间距为4m，后⽅桩台不设叉桩。3.4.2桩的纵向布置
在码头中间的结构分段，⼀侧在有约束设置⼀根直桩，在⽆约束⼀侧设置⼀组纵向半叉桩。在试车系船柱的下⾯设置纵向叉
桩。
3.4.3 桩的构造
本设计中采⽤预应⼒钢筋混凝⼟空⼼⽅桩，⽅桩的断⾯尺⼨取为550m m 550m m ?，空⼼直径为200mm ，混凝⼟标号采⽤C40。桩尖段的长度为()1.0~1.5b 550~825mm
mm =，取为700mm ，桩尖宽度为()0.2~0.25b 110~137.5mm mm =，取为120m ；桩头段的长度为4b 44502200mm ?＝＝。桩长：打桩深度为28m
对于直桩：桩长 1.742829.74m =+=对于叉桩：桩长=29.74331.35m ==
图3-8 桩的结构图3.4.4 桩帽的构造
桩帽采⽤现浇混凝⼟，在本设计中采⽤⽅形桩帽，桩帽⾼度为800mm 。
对于尺⼨为550mm 550mm ?的单桩，桩帽底⾯尺⼨为850mm 850mm ?，桩帽顶⾯尺⼨为1400mm 1400mm ?。桩帽的形式及断⾯尺⼨如图3-9：
图3-9 单桩桩帽的形式与尺⼨
对于双直桩和叉桩上桩帽，桩帽底⾯尺⼨为1700mm850mm，桩帽顶⾯尺⼨为2250mm1200mm。桩帽的形式及断⾯尺⼨如图3-10：
图3-10 双桩桩帽的形式和尺⼨第四章码头荷载4.1 永久荷载
4.1.1 永久荷载计算图⽰
永久荷载包括⾯层、⾯板、横纵梁等构件的⾃重。考虑到⾯板和⾯层的重⼒均由横梁承担。
图4-1 永久荷载的计算图⽰4.1.2 永久荷载的计算1、⾯层⾃重2
=240.05=1.2/g KN m⾯层2、⾯板⾃重2g N m=250.2=5k/⾯板
3、横梁⾃重+?g K N m
=25(0.80.60.4 1.0)=2横梁4、纵梁⾃重()2g N m
=250.4 1.2-3.140.05-0.10.4=10.80k/纵梁
5、管沟盖板⾃重g??
=24 1.80.2=8.kN/m管沟盖板6、靠船构件⾃重()
=240.10.20.20.30.50.3 1.2(0.10.3) 1.5222.32/??++?+?++?÷=g kN m
靠船构件7、管沟隔板⾃重g??
=24 1.00.1=2.4kN/m管沟隔板8、管沟底板2g??
=240.11.4=3.36kN/m管沟底板9、管沟下梁
=250.60.8=12k/g N m
管沟下梁
系船柱跟橡胶护舷的⾃重不计。 作⽤在横向排架上的永久荷载集中⼒为：1+P ++P +P =10.807+8.7+22.327+2.47+3.367=332.k P P P N=纵梁管沟盖板管沟隔板管沟底板靠船构件2=10.8
07=75.6k P P N =?纵梁 1=15k /g g N m =管沟下梁
2=g +g +g =22+1.27+57=65.4k /g N m ??⾯板⾯层横梁 横向排架上永久荷载集中⼒矩为：18.17 2.470.95 3.360.9722.327 1.70363.412M kN m =??+??+??+??=?4.2 可变荷载4.2.1 船舶荷载
4.2.1.1 作⽤在船舶上的风荷载
作⽤在船舶上的风压⼒的横向分⼒xw F 和纵向分⼒yw F 可按下式计算：风压⼒的横向分⼒（垂直于码头前沿线）：521273.610xw xw x A V F ξξ-=?
风压⼒的纵向分⼒（平⾏于码头前沿线）：521249.010yw yw y A V F ξξ-=?
其中：xw F ——作⽤在船舶上的计算风压⼒的横向分⼒yw F ——作⽤在船舶上的计算风压⼒的纵向分⼒
1ξ——风压不均匀折减系数，设计船长为67.52m ，故取10.9ξ=。2ξ——风压⾼度变化修正系数，由《港⼝⼯程荷载规范》查得：21ξ=。xw A 、yw A ——船体⽔⾯以上横向受风⾯积和纵向受风⾯积对于油轮受风⾯积采⽤如下公式计算：lg 0.6180.620lg xw A DW =+lg 0.10.575lg yw A DW =+
其中DW 为船舶载重量，为1000t ，代⼊上式解得：2300.61xw A m =，277.45yw A m =
x V 、y V ——计算风速的横向分量和纵向分量基本风压公式：211600W V =
由《港⼝⼯程荷载规范》，00.55/W KN m =，计算得：29.66/V m s =。 考虑最不利情况，假设其完全为横风时：29.66/x V ms =，0y V = 计算得：5273.610300.6129.660.9175.17xw kN F -==0yw F =
4.2.1.2 船舶系缆⼒
船舶系缆⼒采⽤以下公式计算：sin cos cos cos y x F F K
N nc αβαβ??=+
∑∑ sin cos x N N αβ=
cos cos y N N αβ= sin z N N β=
式中：x F ∑——可能出现的风和⽔流对船舶作⽤产⽣的横向分⼒总和。yF
∑——可能出现的风和⽔流对船舶作⽤产⽣的纵向分⼒总和。
K ——系船柱受⼒分布不均匀系数，其中系船柱数⽬2n =，故 1.2K =。n ——计算船舶同时受⼒的系船柱的数⽬，船舶总长为67.52m ，故2n =，系船柱间距为20m 。
α——系船缆的⽔平投影与码头前沿线的夹⾓，在本码头的计算中，采⽤30α=?。
β——系船缆与⽔平⾯的夹⾓，本码头计算中，采⽤15β=?。计算得： 1.2175.17217.622sin 30cos15N kN =
= 217.62s i n 30c o s 151
0x N k N =??= 217.62cos30cos15182.04y N =??= 217.62sin1556.32z N kN =?=横梁的中性轴为0.41 1.10.80.60.30.6680.410.80.6c y m ??+??==?+?
x N 的作⽤点距横梁中性轴为：0.030.2 1.60.668 1.162m ++-= 故：105.11 1.162122.14M kN m =?=?系缆⼒ 4.2.1.3 船舶撞击⼒
船舶靠岸时，船舶的撞击动能⽤下式计算：202n E M V ρ=
式中：n V ——法向速度，根据规范查得其值约在0.15~0.20/m s 之间，取为0.16/m s 。M ——船舶质量，1830M t =。
ρ——有效动能系数，约在0.7~0.8之间，取为0.70。 则：200.718300.1616.402E kN m =
=? 根据规范，查表得：175H kN ＝，船舶撞击⼒的作⽤点距中和轴为：0.558m ，
故：作⽤在横梁的弯矩为：1750.557.65M kN m =?=?撞击⼒4.2.2 堆货荷载
设计码头堆货荷载215/q kN m =，传递给横梁的分布荷载为：1157105/q kN m =?=4.2.3 门机荷载
门机荷载为主导可变荷载，堆货荷载和船舶撞击⼒为⾮主导可变荷载。 取门机起重臂与码头前沿线平⾏时计算，由结构⼒学求解器求得
2488013200.02691559.97,559.97P kN P kN =?-?==
结点,1,0,0结点,2,7,0
结点,3,14,0结点,4,21,0结点,5,28,0结点,6,35,0
单元,1,2,1,1,1,1,1,1 单元,2,3,1,1,1,1,1,1 单元,3,4,1,1,1,1,1,1 单元,4,5,1,1,1,1,1,1 单元,5,6,1,1,1,1,1,1 结点⽀承,1,3,0,0,0
