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高桩墩式码头概述结构型式及特点工程实例概述一、高桩墩式码头结构的发展1.传统的墩式码头1）高桩墩式码头的组成：墩子、引桥、联桥。墩子由基桩和桩台两部分组成。2）基桩的型式：钢筋混凝土桩、预应力混凝土桩、钢管桩。3）桩台的型式：桩台为钢筋混凝土结构，与基桩刚性连接。其结构型式有实体式、空箱式、刚架式和桁架式四种。①实体式的特点是自重大、钢筋用量少、施工方便，并且桩台刚度大，结构整体性好，它适用于水位差较小的码头。②空箱式系指上部结构为一钢筋混凝土箱，它和实体结构相比，自重轻、耗钢量大、施工较麻烦，在垂直荷载较大、水平荷载较小时，采用这种结构比较合适。③刚架式和桁架式系由钢筋混凝土杆件组成，其特点是节约混凝土、钢筋用量大、施工不便，一般适用于水位差较大的内河码头。概述2.现代高桩墩式码头现代船舶向大型化发展，要求泊位水深通常达到20m～30m，修建此类码头势必要向深海发展。但在深海修建防波堤，不仅耗资巨大，而且工期较长，施工困难。而大型船舶自身具有较强的抗风浪能力，停靠时的泊稳条件要求较低，因此，这类码头通常建成无掩护的开敞式码头。修建在外海的开敞式码头，由于水深浪大，在冰冻地区还要受到巨大的冰荷作用，因此所选用的码头结构型式应具有良好的弹性、透空率大、波浪反射小，且易于施工。该类码头不设轨道式装卸机械，适宜采用墩式码头结构。现代墩式码头的组成：靠船墩、系船墩、工作平台、引桥、联系桥等，如图所示。工作平台上建有用于生产的各类机械、管道、泵房等。靠船墩主要承受船舶的撞击力。系船墩主要承担风、浪、水流作用下的船舶系缆力。概述概述概述二、高桩墩式码头的平面布置1.高桩墩式码头平面布置的影响因素影响因素：码头的使用要求、码头所在地的自然条件(如风向、波浪、潮流、泥沙、水下地形等)、工程造价等。2.码头位置及方向的确定码头位置应选择在水下地形比较稳定的地方。码头轴线方向，除了需满足设计代表船型的停靠、离岸、系泊、装卸作业外，还应与风、浪、水流的主导方向相一致。当无法同时满足时，应服从主要因素。码头前沿线位置的确定，直接影响引桥的长短；系缆墩的布置，直接影响船舶首尾缆夹角和系缆墩受力条件的改变。因此，码头平面布置是一个考虑多种因素的优化过程。在工程设计中，常进行2~3个方案比较，选取其中较优的一个方案。概述3.高桩墩式码头泊位长度的确定高桩墩式码头泊位长度，要考虑船舶离岸、所在地海域的潮流情况。具体长度计算可按下式：Lb=(1.4~1.5)L式中：Lb泊位长度；L设计代表船型长度。结构型式及特点一、上部结构高桩墩台的上部结构有实体式、空箱式、刚架式及桁架式四种型式。前两种刚度大，耐久性好，但自重大，在外海深水码头施工不便。国内外开敞式高桩墩式码头上部结构应用较多的是实体式结构。结构型式及特点构造要求：①实体墩台厚度：由受力情况确定，但不小于1.5m。②墩体结构边缘至最外一排桩外边缘的距离应符合下列规定：桩径或边长(D)≤60cm时，不得小于0.5D，并不得小于250mm，对于大直径管桩不得小于0.4D，并不得小于500mm。③实体式墩台一般不进行强度计算，施工期分层浇注时，应验算施工期强度。③空箱式、刚架式、桁架式的内力视具体结构型式可参照结构力学计算方法进行内力计算。二、高桩墩式码头的桩基1.桩型高桩墩式码头的桩基通常采用钢管桩或预应力混凝土桩。结构型式及特点钢管桩的优缺点：具有较大的抗弯能力，抗水平荷载强，易于施工、安全可靠。其缺点是造价高，抗海水腐蚀能力低。预应力混凝土桩的优缺点：能承受较大的垂直荷载，同时具有较大的抗水平荷载能力具有造价低、抗腐蚀能力强等优点，其缺点是打桩及施工要比钢管桩复杂。桩型的选择：实际工程中，是选择预应力混凝土管桩还是选择钢管桩应从工程造价、施工难易、水深、地质条件几方面综合比较确定。2.桩基布置桩基的布置形式：扇形式和叉桩式。桩基的布置原则：桩基宜对称布置。对称就是力求使桩的平面位置、坡度、长短、桩端人土深度及嵌固形式对称或相近。垂直荷载较大的墩台，可适当布置直桩。承受扭矩的墩台，应避免采用桩轴线的延长线交于一点的布置形式。结构型式及特点桩基扇形布置：由单根斜桩和直桩组成，它的特点是桩轴向受力较均匀，但桩台位移和桩端弯矩较大、适用于垂直荷载较大、水平力和扭矩较小的情况。桩基叉桩布置：由叉桩和单根直桩或全叉桩组成。它的特点是沿叉桩方向桩台的位移和桩端弯矩较小。但叉桩轴力较大。适用于水平力和扭矩较大的情况。结构型式及特点三、桩的内力计算1.荷载墩子是空间结构，作用在墩子上的荷载主要有：墩台自重、墩台上的装卸设备重(如装卸机械重、输油管道重等)、墩台顶面活荷载(如堆货荷载、人群荷载)、引桥和人行桥的支座反力、船舶撞击荷载、系缆力和挤靠力、波压力、波浪使船舶横摇产生的撞击力及波浪作用在墩台底面的浮托力、水流力、冰荷载、风荷载(通过装卸机械作用在台架上)等。为便于计算，通常将上述荷载换算为平行于x、y、z三个轴向的集中力Ｐx、ＰyＰz和对三个轴的力矩Ｍx、Ｍy、Ｍz。结构型式及特点2.桩力计算基本假定：结构受力作用时的墩体本身只有位移，而不发生变形(墩台为刚体).桩与墩台及地基的连接：①桩顶与墩台一般采用整体连接，计算时，桩与墩台可认为固结。②桩与地基的连接：当桩打入土中较深时，桩与地基为弹性嵌固，计算时可按竖向弹性地基梁考虑；当桩打入土中较浅时，或桩支承在硬土(如岩石)上时，桩与地基可认为铰接。③对于叉桩式布置，当两个方向都布置有叉桩时，墩台水平位移较小，桩端弯矩不大，为简化计算，桩上下两端也可按铰接考虑。④对于扇形布置，墩台水平位移较大，桩端弯矩不可忽略，桩上端应按固结考虑，桩下端按弹性嵌固考虑。但是，在垂直荷载很大、水平荷载很小时，为简化计算，桩上下两端亦可按铰接考虑。结构型式及特点3.计算方法高桩墩式码头的结构和荷载都具有空间性质，因此应按空间问题进行计算。为了减轻计算工作量，在某些情况下，也可以近似简化为平面问题进行计算。近年来，一般都采用有限单元法进行结构内力计算。本章思考题1.高桩墩式码头与一般高桩梁板式码头有何异同点？2.高桩墩式码头由哪几部分组成？各部分的作用？3.高桩墩台在基桩布置时应考虑哪些因素？为什么？4.高桩墩台的受力特点？其桩力计算图式和计算方法的选取与哪些因素有关？