沉箱码头计算书讲解

任务要求：码头设计高水位12米，低水位7.4米，设计船型20000吨，波高小于1米，地面堆货20kpa，Mh—16—30门座式起重机，地基承载力不足，须抛石基床。一．拟定码头结构型式和尺寸1．拟定沉箱尺寸：船舶吨级为20000吨，查规范得相应的船型参数：设计船型总长（m）型宽（m）满载吃水（m）18327.610.5即吃水为10.5米。其自然资料不足，故此码头的前沿水深近似估算为：1.1510.512.1DkTm，设计低水位7.4米，则底高程：7.412.14.7m，因此定底高程-5.1m处。由于沉箱定高程即为胸墙的底高程，此处胸墙为现浇钢筋混凝土结构，要求满足施工水位高于设计低水位，因此沉箱高度要高于码头前沿水深12.1m。综上，选择沉箱尺寸为：1310.214lbhmmm。下图为沉箱的尺寸图：2．拟定胸墙尺寸：如图，胸墙的顶宽由构造确定，一般不小于0.8m，对于停靠小型内河船舶的码头不小于0.5m。此处设计胸墙的顶宽为1.0m。设其底宽为5.5m，检验其滑动和倾覆稳定性要求是否满足要求：（由于此处现浇胸墙部分钢筋直接由沉箱顶部插入，可认为其抗滑稳定性满足要求，只需验算其抗倾稳定性）设计高水位时胸墙有效重力小于设计低水位时，对于胸墙的整体抗倾不利，故考虑设计高水位时的抗倾稳定。沉箱为现浇钢筋混凝土，其重度在水上为323.5/kNm，水下为313.5/kNm，则在设计高水位时沉箱的自重为：5.5111.5111.51.55.5123.53.111.55.513.113.524.64.[{]62}G（）则227.83GkN。自重G对O点求矩：G77.10.533.49675.510.47922/35.51/3=733.56MkNm（）（）。考虑到有门机在前沿工作平台工作时，胸墙的水平土压力最大，此处门机荷载折算为线性荷载为：25010178.5714qkPa。（此处近似用朗肯土压力进行验算）朗肯主动土压力系数：224545350.()7)(=2Katantan。则其土压力分布如上图：如上图，其各点的土压力强度为：01112=0.27178.5748.21;10.27181.5178.5755.5;120.27181.59.53.1178.5763.46.abPKahqkPaPKahqkPaPKahhqkPa则其土压力为：0.51.548.2155.50.53.155.563.46262.17EKN。作用点至墙底的距离为：221148.214.62.37.293.10.57.963.10.50.57.291.53.11(())3=2.203yEm。则土压力对墙前O点的弯矩值为：262.172.2576.77MKNm。综上：G=733.56576.77MkNmMKNm，即说明在高水位时胸墙能保持抗倾稳定。即胸墙的尺寸为：顶宽为1.0m，底宽为5.5m，高为4.6m。则码头的结构形式及尺寸如图：二、计算高低水位时抗滑、抗倾稳定性及地基应力1、荷载作用分类及计算：（1）结构自重力（永久作用）：a、设计高水位情况：设计高水位自重作用计算表项目计算式Gi（KN)Xi(m)Gi*Xi(KN*m)沉箱前、后面板、纵隔墙(13.05*0.3*+13.05*2)*13*152035.805.5011196.90沉箱侧板、横隔墙（13.05*4.25*0.3*4+13.05*4.25*0.2*4）*151663.905.509151.45沉箱底板（9.3*0.25*13）*15816.105.504488.55沉箱前趾（0.45+0.85）*0.9*0.5*13*15114.100.5056.60沉箱内填土4.25*4*13.05*9.5*612645.455.5069549.98胸墙[(1+2.5)*1.5*0.5*23.5+(2.5+5.5)*3.1*0.5*13.5]*132979.000.401191.60胸墙后填土[(4.8+7.8)*3.1*0.5*9.5+(7.8+9.3)*1.5*0.5*18]*135414.004.1222305.68总计25668.35117940.76每延米自重作用25668.35/131974.499072.37b、设计低水位情况：设计低水位自重作用计算表项目计算式Gi(kN)Xi(m)GiXi(kN*m)沉箱前面板、后面板、纵隔墙2*（0.3*12.5*13*15+0.3*1.05*13*25）+0.2*12.5*13*15+0.2*1.05*13*252223.005.5512337.65沉箱侧板，横隔板2*（0.3*12.4*12.5*15+0.3*12.4*1.05*25）+0.2*12.4*12.5*15+0.2*12.4*1.05*252120.405.5511768.22沉箱底板10.2*0.45*13*15895.055.554967.53沉箱前趾0.85*0.9*13*15149.180.4567.13沉箱内填石6*（3.4*3.65*12.5*9.5+3.4*3.65*1.05*18）10249.425.5556884.28胸墙（1+5.5）*4.6/2*13*23.54567.232.7912719.72胸墙后填土(3.8+8.3)*4.6/2*13*186512.227.0445819.98总计26716.49144564.50每延米自重作用2055.1111120.35（2）、土压力标准值计算：码头后填料为粗砂，水上水下的内摩擦角=35，沉箱以下外摩擦角35===11.733。主动力系数为：2222coscos35==0.29sin()sinsin(3511.7)sin3511coscos11.7aKax=cos0.29cos11.70.28aKK；ax=cos0.29sin11.70.06aKK。土压力标准值按下式计算：11a0()Kcosnniiieh2a0()Kcosnniiieh其中cos=1。a、码头后填料土压力（永久作用）：设计高水位情况：13.50e；12.0181.50.297.8ahKkPea；12.0181.50.25'87.6ahKkPea（与12.0e相差很小，近似忽略）1-5.1122+181.5+9.517.10.2854.94ahhKkPae）（）（。土压力强度分布图见上图高水位计算作用分布图。土压力为：n117.81.57.854.9417.1542.56/22EKNm；土压力标准值的水平力：Hnncos542.56cos11.7=531.29/EEKNm；土压力标准值的竖向力：Vnnsin542.56sin11.7=110.02/EEKNm；土压力引起的倾覆力矩为：11.517.1117.11.57.817.1++7.817.1+54.94-7.817.123223=3540.73(KNm)/mEHM（）（）。土压力引起的稳定力矩为：V110.02=1122.20(0.2)/1EMKNmm。设计低水位情况：13.50e；7.40.29186.131.84ahKPeka；7.40.28186.130'.75ahKkPae（相差不大，近似和7.4e相等）；1-5.1122+186.1+9.512.50.2866.28ahhKkPae）（）（。土压力强度分布图见上图低水位计算作用分布图。土压力为：116.131.8431.84266.2812.5713.76/22nEKNm（）；土压力标准值的水平力：Hnncos713.76cos11.7=698.93/EEKNm；土压力标准值的竖向力：Vnnsin713.76sin11.7=144.74/EEKNm；土压力引起的倾覆力矩为：16.112.5112.56.131.8412.5++31.8412.5+66.28-31.8412.523223=4795.74(KNm)/mEHM（）（）。土压力引起的稳定力矩为：V144.74=1476.35(0.2)/1EMKNmm。b、堆货荷载产生的土压力：各种水位时，堆货荷载产生的土压力强度标准值相同。13.5~8.9200.295.80ekPa；8.9~-5.1200.285.60ekPa。（近似相等，均取5.80kPa）土压力强度分布图见上图高水位计算作用分布图。堆货荷载引起的水平作用：5.8018.6107.88/qHEKNm；堆货荷载引起的竖向作用：Vtan11.7107.88tan11.7=22.34/qqHEEKNm；堆货荷载引起的倾覆力矩：=18.6107.882006.57()/EqHqHMEKNmm；堆货荷载引起的稳定力矩：=18.622.34415.52()/EqHqHMEKNmm。c、码头前沿堆货引起的竖向作用：码头前沿堆货范围按7m计算。720140/GKNm；码头前沿堆货产生的稳定力矩：7140(10.27)938()/2GMKNmm。d、门机荷载产生的土压力计算（可变作用）：沉箱长度为13m，故考虑时仅按一台门机产生的土压力计算，在吊臂处于不同位置下各种水位中，门机产生的土压力范围相同。如图情况3：A、B前腿为1100KN、400KN，C、D后腿为400KN、1100KN。门机后退产生的附加土压力强度：2=21500/13/10.20.286.33PaxPeKkPah；门机后腿产生附加土压力引起的水平作用和倾覆力矩：q16.3310.232.28/2HEKNmq32.285.1=164.64()/HMKNmm门机后腿产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩：qV32.28tan11.76.68/EKNmqV6.6810.2=68.19()/MKNmm门机前腿产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩：1500/13115.38/GKNm115.382.75=317.30()/GMKNmm其余两种情况类似，但是1和2情况下，后腿竖向荷载小于3情况，故产生的附加土压力也小于3情况，考虑最不利情况时，仅需考虑3情况即可。(3)、船舶系缆力（可变作用）sincosxNN；ycossinNN。因为此处是海港码头，按要求，则=30=15，。sincos=500sin30cos15=241.48xNNKN；系缆力引起的水平作用和倾覆力矩为：241.4818.58/13RHPKNm；18.5818.6345.59()/PRMKNmm。（4）、码头荷载标准值汇总码头荷载汇总表作用分类荷载情况垂直力（KN/m)水平力（KN/m)稳定力矩（KN*m/m倾覆力矩（KN*m/m)永久作用自重力设计高水位1974.499072.37设计低水位2055.1111120.35填料土压力设计高水位110.02531.291122.203540.73设计低水位144.74698.931476.354795.74可变作用堆货土压力22.34107.88415.522006.57前沿堆货140.00938.00门机作用122.0632.28385.49164.64船舶系缆力18.582、码头稳定性验算（1）作用荷载效应组合持久组合：设计高水位（永久作用）+堆货（主导可变作用）；（波浪力为0）短暂组合：波浪力为0，故此不予考虑；偶然组合：非正常撞击、火灾、爆炸等未考虑；地震组合：可不进行抗震验算。（2）码头沿基床