1、港口工程I -港口水工建筑物 陳 達 2013.04港口海岸與近海工程學院港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院2港口水工建筑物結構的設計狀況持久狀況短暫狀況偶然狀況正常條件下，結構使用過程中的狀況。按承載能力極限狀態的持久組合和正常使用極限狀態的長期組合或短期組合分別進行設計。結構施工和安裝等持續時間較短的狀況。應對承載能力極限狀態的短暫組合進行設計，必要時可同時對正常使用極限狀態的短暫狀況進行設計。結構承受設防地震等持續時間很短的狀況。應按承載能力極限狀態的偶然組合進行設計。前情提要I港口工程3作用組合正常使用極限狀態承載能力極限狀態持久組合短暫組合持久狀況短暫狀況偶然組合永久作用和持續

2、時間較長的可變作用包含了持續時間較短的可變作用包含了偶然作用包括短期效應（頻遇）組合和長期效應（準永久）組合前情提要II河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程4前情提要III作用的分類根據時間的變異劃分偶然作用在設計基準期內，不一定出現，但一旦出現其量值很大且持續時間很短可變作用在設計基準期內，其量值隨時間變化與平均值相比不可忽略永久作用在設計基準期內，其量值隨時間的變化與平均值相比可忽略不計 結構和固定設備自重力預加應力土重力永久作用引起的土壓力堆貨荷載流動起重運輸機械荷載船舶荷載、水流波浪力可變作用引起的土壓力地震荷載等固定水位引起的靜水壓力河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程5前情

3、提要IV作用代表值作用的代表值（應根據不同的極限狀態與設計狀況采用不同的量值作為作用的代表值）標準值頻遇值準永久值作用的主要代表值作用在結構上時而出現的較大值代表作用在結構上經常出現的量值，它在設計基準期內具有較長的總持續期河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院6結構的設計狀況港口水工建筑物結構的設計狀況持久狀況短暫狀況偶然狀況正常條件下，結構使用過程中的狀況。按承載能力極限狀態的持久組合和正常使用極限狀態的長期組合或短期組合分別進行設計。結構施工和安裝等持續時間較短的狀況。應對承載能力極限狀態的短暫組合進行設計，必要時可同時對正常使用極限狀態的短暫狀況進行設

4、計。結構承受設防地震等持續時間很短的狀況。應按承載能力極限狀態的偶然組合進行設計。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院7碼頭地面使用荷載堆貨荷載作用在港口工程結構上的堆貨荷載標準值，應根據堆存貨種、裝卸工藝確定的堆存情況，結合結構型式、地基條件和不同計算項目并考慮今后港口發展等進行綜合分析后確定。人群荷載對于客運碼頭的人行棧橋、引橋、專用碼頭中的人行檢修道和各類碼頭中有可能作為人行通道的部位，均應考慮人群荷載。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院8碼頭地面使用荷載碼頭地帶根據碼頭作業的客觀情況和使用經驗，現行港口工程荷載規范（JTJ 215-98）根據堆貨荷載的不同將碼頭分成三個區域：

5、碼頭前沿地帶、前方堆場和后方堆場。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院9碼頭地面使用荷載前沿地帶一般情況下僅做為流動起重運輸機械、門機和火車的通道和貨物的倒載場地。寬度：有門機的碼頭取14m；沒有門機的海港碼頭取10m；河港碼頭取4-8m。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院10碼頭地面使用荷載前方堆場港口利用率最高的堆場，因為這個地帶使用最方便，貨物水平運距最短。寬度：有門機的碼頭，按門機吊臂可伸到的范圍確定；不設門機的碼頭，可根據各港采用的裝卸設備和管理情況確定。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院11碼頭地面使用荷載后方堆場指前方堆場以后的堆場。后方堆場堆貨荷載通常位于港口水

6、工建筑物邊緣或以外，對碼頭結構設計一般影響很小，主要用于堆場地坪設計。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院12流動起重運輸機械荷載門座起重機荷載門座起重機荷載應按實際機型確定。當缺乏實際資料時，國產門機荷載標準值可根據其最大起重量、最大幅度、軌距按荷載規范采用。設計時不考慮沖擊系數。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院13流動起重運輸機械荷載輪胎式起重機荷載輪胎式起重機又稱輪胎吊，雖然越野和爬坡能力較差，行駛速度較慢，但機動靈活，能四面進行工作，使用方便，在內河中小港口應用較普遍。一般起重量時考慮沖擊系數1.11.3，最大起重量時不考慮沖擊力。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院1

7、4流動起重運輸機械荷載汽車式起重機荷載汽車起重機的越野性能好，適用于流動性較大的場所作業。進行作業時不能吊貨行駛，加之起重效率低，又不能配用抓斗裝卸散貨，所以在中小港口用得不太普遍，僅只能做點輔助作業，用于港口進行裝卸作業的較少。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院15流動起重運輸機械荷載纜車荷載纜車是河港斜坡碼頭上、下坡的主要運載工具，必須與選定的坡頂絞車配套使用。作用在軌道上的纜車荷載應根據纜車自重、載重量、輪數及影響輪壓的各種因素確定。纜車輪壓標準值（kN）；重力加速度，取10m/s2；纜車載重量（t）；纜車自重（t）；纜車總輪數；輪壓不均勻系數。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程

8、學院16鐵路和汽車荷載鐵路荷載鐵路列車由機車和車輛組成。由于港口鐵路所用機車和車輛的型號甚多，設計時一般不采用實際機車和車輛的軸壓力，而是采用中華人民共和國鐵路標準荷載(又稱中一活載)。按此圖式計算時，按其最不利的情況截取任意數量的荷載加載。普通活載一般對大跨度結構起控制作用，特種活載一般對小跨度(小于3-5m)結構起控制作用。 港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院17鐵路和汽車荷載汽車荷載作用在港口建筑物上的汽車荷載，包括各級汽車和平板掛車荷載。汽車荷載按單輛汽車總重量分為：10t、15t、20t、30t、55t汽車五個等級，其技術指標和平面尺寸按附錄一的規定采用。 30 t 汽車平面尺

9、寸港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院18船舶荷載船舶荷載根據作用方式不同劃分船舶系纜力船舶擠靠力船舶撞擊力由于風和流的作用，通過系船纜作用在碼頭系船柱上的力由于風和流的作用，使停靠在碼頭的船舶直接作用在碼頭建筑物上的力船舶靠岸或在波浪作用下撞擊碼頭時產生的力港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院19船舶荷載系纜力分為縱、橫向系纜力兩部分，主要由風作用產生。當碼頭前沿水流較大時，系纜力應考慮風與水流可能同時出現的對計算船舶共同作用所產生的橫向分力總和Fx 和縱向分力總和Fy 。系纜力系船柱受力分布不均勻系數,與實際受力的系船柱數目有關。系纜力標準值；風和流對船舶產生橫向和縱向分力總和；計

10、算船舶同時受力的系船柱數量，與船長有關；系船纜水平投影與碼頭前沿線所成夾角；系船纜與水平面之間的夾角；港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院20船舶荷載港口工程荷載規范規定計算系纜力標準值不應大于纜繩的破斷力，也不應低于規范規定的下限值。系纜力取值標準聚丙烯尼龍纜繩的破斷力（kN）；纜繩直徑（mm）。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院21船舶荷載防沖設施連續布置船舶擠靠力擠靠力分布不均勻系數，采用1.1；船舶直線段與防沖設施接觸長度（m）。可能同時出現的風和流對船舶作用產生的橫向分力總和（kN） ；防沖設施間斷布置擠靠力標準值（kN/m)；作用于一組（或一個）防沖設施上的擠靠力標準值（

11、kN)；擠靠力不均勻系數，采用1.3；與船舶接觸的防沖設施組數或個數。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院22船舶荷載防沖設施橡膠護弦 港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院23船舶荷載按發生的原因可分為船舶靠向碼頭時產生的撞擊力和系泊中船舶受橫向波浪作用產生的撞擊力。船舶撞擊碼頭時產生的有效撞擊能量，通過防沖設施、碼頭和船舶的變形全部轉化外力做功。船舶靠岸時撞擊力的標準值應根據船舶有效撞擊能量和橡膠護舷性能曲線確定。 船舶撞擊力有效動能系數；船舶質量(t)，按滿載排水量計算；船舶靠岸時的有效撞擊能量（kJ）；船舶靠岸法向速度(ms)。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院24船舶荷載

12、船舶撞擊力船舶與橡膠護舷之間摩擦系數；船舶撞擊力沿碼頭長度方向的分力標準值（kN）；船舶撞擊力法向分力標準值(kN)。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院25其他荷載水流力設計流速（m/s）；水流力標準值（kN）；水流阻力系數；水流力是內河敦式碼頭及其他透空式碼頭需考慮的設計荷載，一些外海建筑物當水流速度較大時，也需要考慮水流力的作用。 水密度（t/m3），淡水取1.0，海水取1.025；計算構件在與流向垂直平面上的投影面積（m2）。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院26其他荷載冰荷載樁（墩）迎冰面投影寬度（m）；極限冰壓力標準值（kN）；計算冰厚（m）；對于寒冷地區冰情嚴重的內河及

13、外海透空式高樁碼頭或支墩式碼頭，冰荷載也是一項重要的設計荷載。冰荷載可分為：（1）風和水流作用下大面積冰場運動時產生的靜冰壓力；（2）風和水流驅動下流冰產生的撞擊力；（3）凍結在建筑物上的冰因水位升降產生的豎向力；（4）建筑物內、外的冰因溫度變化產生的膨脹力。 冰抗壓強度標準值（kPa）；樁（墩）迎冰面形狀系數；冰溫系數。港口工程27重力式碼頭河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程28重力式碼頭河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程29重力式碼頭工作原理：依靠結構本身及其上填料的重量抵抗建筑物的滑動和傾覆。優點：抗凍和抗冰性能好，堅固耐久，可承受較大碼頭地面荷載，對碼頭地面超載和裝卸工藝變

14、化適應性強，施工比較簡單，維修費用少，造價低，設計和施工經驗比較成熟。缺點：要求有一定承載力的地基，以及較大數量的砂石料。適用條件：較好的地基。如巖石、砂、卵石、礫石及硬粘土地基。河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程30重力式碼頭的組成胸墻和墻身：是重力式碼頭的主體結構，擋土、承受并傳遞外力、構成整體，便于安裝碼頭設備。基礎：（1）擴散、減小地基應力，降低碼頭沉降；（2）有利于保護地基不受沖刷；（3）便于整平地基，安裝墻身。墻后回填：（主要指拋石棱體，倒濾層）減小土壓力，減小水土流失。碼頭設施：供船舶系靠，裝卸作業。 河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程31重力式碼頭的結構型式重力式碼

15、頭的結構型式主要取決于墻身結構。根據墻身結構型式劃分方塊碼頭沉箱碼頭格形鋼板樁碼頭干地施工的現澆砼和漿砌石碼頭扶壁碼頭大圓筒碼頭我國常用的結構型式我國常用的結構型式近年采用較多的型式常用于有干地施工條件的內河港我國南方較常用的型式近年采用較多的型式河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程32重力式碼頭的結構型式方塊碼頭河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程33重力式碼頭的結構型式沉箱碼頭河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程34重力式碼頭的結構型式扶壁碼頭河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程35重力式碼頭的結構型式大直徑圓筒碼頭河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程36重力式碼頭的結

16、構型式格形鋼板樁碼頭河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程37重力式碼頭的結構型式根據墻身的施工方法劃分干地現場澆筑（或砌筑）結構水下安裝預制結構較少用預制墻身構件開挖基床拋填塊石基床基床夯實和整平在基床上安裝強身預制件澆注胸墻拋填墻后塊石棱體和鋪設倒濾層安裝碼頭設備和鋪設路面施工順序河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程38重力式碼頭的結構型式干地現場澆筑（或砌筑）結構河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程39重力式碼頭的結構型式水下安裝預制結構河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程40方塊碼頭適用：地基較好，當地有大量石料，缺少鋼材和冰況嚴重的情況。缺點：水下工作量大，結構整體和抗

17、震性能差，需要石料量大。優點：耐久性好，基本不需要鋼材，施工簡單，不需要復雜的施工設備，如果沒有大型起重船，可把塊體做得小一些。河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程41方塊碼頭斷面形式卸荷板式是衡重式的一種，卸荷板的存在，減小了墻背后的土壓力，基底應力較均勻，斷面和底寬大大減小，整體穩定性較好。衡重式土壓力減小，重心靠后，基底應力分布均勻，橫斷面方向整體性好，但結構重心靠上，抗震性能差，且衡重式斷面在施工中存在后傾穩定問題。階梯形斷面和底寬較大，材料用量較多，橫斷面方向整體性差，且地基應力不均勻。河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程42空心方塊有底空心：外形尺寸大，抗傾能力大（填料全部

18、參加抗傾），基底應力較小，但易斷裂。無底空心：抗傾能力小，基底局部應力集中，僅用于小碼頭。方塊碼頭結構形式異型方塊結構輕型，材料較省，土壓力較小（空腔內不完全填滿石料），造價低，但施工中穩定性差，基底局部應力集中，一般用于小碼頭。 實心方塊制作方便，耐久性好，施工維修簡便，但砼或石料用量大，若起重設備能力足夠，地基承載力好，材料供應充足，宜選用這種型式。河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程43空心塊體：工字，雙工字，多工字，日字，口字，T形，雙T形等。方塊碼頭構造塊體形狀實心塊體：直角六面體河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程44卸荷板一般采用鋼筋砼結構，其型式有懸臂式、錨固式和簡支式

19、。懸臂式最為常用，其懸臂長度和厚度應通過后傾穩定性和強度計算確定，一般懸臂長1.53.0m，厚度0.81.2m。為防止后傾，懸臂不能太長，應滿足控制條件：懸臂長/墻身頂寬0.5。當懸臂長度/厚度1.5，一般可采用素砼，此時厚度11.2m；懸臂長度/厚度1.5，應采用鋼筋砼，此時厚度0.81.0m。 方塊碼頭構造塊體尺寸原則上越大越好，但應考慮預制和起重設備的能力以及碼頭的分段長度。構造卸荷板 河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程45（2）盡量使斷面重心后移，以增大穩定，減小地基應力，宜采用衡重式斷面，衡重式碼頭在施工過程中，若墻后未及時回填，存在向后傾覆的危險，為了保證墻在施工期的穩定性應

20、控制基底應力分布，應對墻身合力到后趾的距離作限制。 方塊碼頭斷面設計（1）盡量減小土壓力 。（3）在施工許可的情況下，盡量增大塊體尺寸，以減少層數和數量。（4）卸荷板的位置應適當低一些，一般卸荷板頂面以放在現澆胸墻的施工水位為宜。河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程46沉箱碼頭適用：當地有沉箱預制場或工程量較大，工期短的大型碼頭，或需要采用沉箱結構的特殊工程，如燈塔基礎等 。缺點：鋼材用量大，耐久性不如方塊結構，且需專門的預制下水設備；基床整平要求高；沉箱一旦遭到破壞，修理難度較大。優點：整體性好，空心率大，內部填料自重小，地基應力較小；抗震能力強，施工速度快，水下工作量少，箱內可填充砂石

21、料，造價低。河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程47沉箱碼頭河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程48沉箱碼頭船用氣囊上下水河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程49沉箱碼頭河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程50沉箱碼頭斷面形式矩形沉箱制作簡單，浮游穩定性好，施工經驗豐富，多用于岸壁式碼頭。1）對稱式：最常用；2）非對稱式：節省鋼筋砼，但制作麻煩，浮游穩定性差；3）開孔式：對無掩護的港口，消能效果較好。圓形沉箱（多用于墩式碼頭）1）受力條件好，浮游時產生徑向水壓力，壁內產生壓應力，使用時產生徑向側壓力，壁內產生拉應力；2）按構造配筋，用鋼量少（填料側壓力按儲倉壓力計算，數值不大，

22、往往不起控制作用）；3）腔體內不設隔板，砼用量減少，重量減小，且空間大，施工方便；4）環形箱壁對水流的阻力小。河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程51沉箱碼頭構造外形尺寸寬度：沉箱的底寬應根據建筑物的穩定性和地基承載力確定，同時也要滿足浮運吃水，干舷高度和浮游穩定性的要求，若不滿足，應盡量從施工上采取措施，如用起重船或浮筒吊護，不得已才考慮增大寬度。長度或直徑：應根據施工設備能力，施工要求的最小尺寸及碼頭變形縫間距確定。我國船廠生產的一般在1012-1214m，約600800t，國內最大2000t，世界上最大沉箱為我國為馬爾太設計并利用馬爾太船塢生產的沉箱，lbh=262621.5m，約6

23、400t。高度：頂部高程宜適當放低，但不得低于現澆胸墻的施工水位，構造上沉箱要伸入胸墻3050cm，以保證整體性。河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程52沉箱碼頭構造壁厚作用：增大沉箱剛度，減小立板、底板的計算跨度，從而減小內力。隔墻間距：35m，隔墻頂應比外壁低1020cm，便于封艙板或搭設工作平臺，隔墻上可以挖孔，以減小材料用量。 沉箱的外壁和底板的厚度應由計算確定，但壁厚25cm，一般取30-35cm，底板厚度壁厚，一般取3540cm。 應根據當地的材料，選用量大、便宜、易密實和易填充的填料，如：砂、塊石、卵石、開山土等。構造縱、橫隔墻構造填料河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程

24、53沉箱碼頭構造接縫構造 1）每隔一箱格在前后壁設置一個灌水孔，不設灌水孔的箱格，應在隔墻上設置通水孔。2）為了便于沉箱沉放時的定位，應在箱頂的四個角上埋置拉環。1）平接：當墻后設置拋石棱體或全部采用塊石回填時。2）空腔對接：當墻后不設拋石棱體而全部采用砂或開山土回填時，腔內設置倒濾層，平均縫寬5cm。注意：沉箱接縫的底面防漏。 構造其它河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程54扶壁碼頭適用：有起重運輸設備，有預制能力的情況或有干地施工條件。缺點：整體性差，耐久性差。優點：結構簡單，施工速度快，節省材料，造價低 。河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程55扶壁碼頭肋板：將立板和底板連成整體，并支撐立板和底板。底板：將上部荷載傳給基床。立板：擋土并構成碼頭直立岸壁。組 成河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程56扶壁碼頭無底扶壁翹尾式扶壁將上部荷載傳給基床。空腹式或折線式可節省砼和鋼筋，但配筋復雜，施工麻煩，工程意義不大。型 式河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程57扶壁碼頭長度：預制安