船坞设计(上)

修造船建筑物设计船台滑道、船坞第二十三篇修造船建筑物设计第一章修造船建筑物平面布置的一般原则第二章船台滑道－－－－不考，不讲第一节纵向机械化滑道的工艺特点第二节横向机械化滑道的工艺特点第三节船台滑道的主尺度第四节船台滑道的结构和计算第三章船坞√第一节船坞的分类和分级√第二节船坞的主尺度√第三节干船坞结构第四节排水减压式船坞结构第五节锚拉式船坞结构第六节坞门和船坞灌排水系统船坞工程设计（上）船坞工程设计（上）船坞工程设计（上）2船坞2.1船坞的分类船坞的型式，按照其功能、工艺特点、结构特点和施工方法可分为多种类型。按照其功能，可分为修船坞和造船坞两种;按照其工艺特点，可分为干船坞和浮船坞，干船坞中还有一种特殊的型式一一注水式船坞;按照结构特点，可分为重力式、锚拉式、排水减压式和浮箱式;按照船坞坞口和坞室的坞底与侧壁的连接方式，又可分为整体式、分离式和铰接式；按照施工方法，可分为干法施工和湿法施工型式。请大家主要记住按结构特点所划分的分类.•按功能分：修船坞•造船坞•按工艺特点分：干船坞•（注水坞）•浮船坞•按施工方法分：干法施工•湿法施工船坞结构：重力式锚拉式排水减压式浮箱式另外，坞口、坞室结构还分为：整体式和分离式•按结构形式分:干船坞是建造在陆上的固定建筑物，用控制水位涨落的方法升降船舶,从而提供修造船舶作业场地.浮船坞则是可飘浮在水面上移动的浮式结构,通过其在水中沉浮升降船舶。船坞位置及轴线:掌握第1.0.1～1.0.5条的规定。坞前水域应有良好的防浪掩护条件，并应尽量避免进出坞船舶受较大的横向风、流的作用。对内河船厂的船坞还应避免顺流进坞。坞前水域要有足够的水域面积，长度不小于2倍船舶总长，宽度不小于1.5倍船舶总长。地质、冲淤等条件。2.2船坞的主尺度注意，有考题的可能性大船坞的主尺度是指船坞的有效长度、坞室的宽度和深度、坞口的宽度和门槛深度。2.2.1船坞的有效长度船坞的有效长度系指坞门内壁外缘至坞尾墙底表面在坞底纵轴线上的投影距离。应按下式确定:Lw=Lpp+LL—工作间距：·除锈、油漆设施·活动脚手架·拆修船体部分空间·拆卸、复装螺旋桨、舵及外抽尾轴一般取15~20m（对球鼻首船取大值）2.2.2坞室宽度坞室宽度系指船坞中剖面处的坞底宽度。按下式确定：BW=B+b(2.2.2)式中：BW——坞室宽度(m)；B——船舶型宽(m)；b——船舷两侧与坞壁间的总工作间距(m)；一般取3～8米，应根据船舶大小、脚手架形式及除锈喷漆设备的尺度确定。对有防摇鳍的船舶及海损事故船舶的坞修工作,间距应据具体情况另行考虑。坞口的宽度，一般与坞室宽度相同，但若考虑某些因素而适当缩窄，也是可能的，因为坞口处于船尾部，船舶的尾部宽度较小。2.2.3船坞深度首先要确定进出坞水位由于船舶进出坞的密度远比港口码头低，故进出坞水位不应采用港口码头的设计水位，一般每次进出坞的操作时间为2～3小时，故对沿海及近海河口地区的修船坞取持续时间不小于2～3小时、年保证率为50~80%的潮位作为进出坞的设计水位，同时考虑在低潮位季节，满足进出坞的要求。在进出坞设计水位确定以后，按以下公式确定坞室底标高:HD=HW－TK－h－a(2.2.3)式中：HD——坞室底标高(m)；HW——进出坞设计水位(m)；TK——设计船舶进出坞时的最大吃水(m)；h——船坞中龙骨墩高度(m)；一般取1.2～1.8m；a——富裕水深(m)；一般取0.5～1.0m,大船取大值,小船取小值。坞口门槛顶标高可高于坞底,一般高0.5米以上,但应低于中龙骨墩顶面至少0.5米。2.2.3船坞深度首先要确定进出坞水位由于船舶进出坞的密度远比港口码头低，故进出坞水位不应采用港口码头的设计水位，一般每次进出坞的操作时间为2～3小时，故对沿海及近海河口地区的修船坞取持续时间不小于2～3小时、年保证率为50~80%的潮位作为进出坞的设计水位，同时考虑在低潮位季节，满足进出坞的要求。在进出坞设计水位确定以后，按以下公式确定坞室底标高:HD=HW－TK－h－a(2.2.3)式中：HD——坞室底标高(m)；HW——进出坞设计水位(m)；TK——设计船舶进出坞时的最大吃水(m)；h——船坞中龙骨墩高度(m)；一般取1.2～1.8m；a——富裕水深(m)；一般取0.5～1.0m,大船取大值,小船取小值。坞口门槛顶标高可高于坞底,一般高0.5米以上,但应低于中龙骨墩顶面至少0.5米。进出坞时船舶的最大吃水是什么吃水？haTk进出坞设计水位坞底图32.3干船坞结构船坞等级的划分主要根据设计代表船型的吨位（载重吨），划分为三级，用以确定船坞的安全度设计标准：Ι级：大于五万吨级以上的船坞（大型船坞）；Ⅱ级：五万吨级至五千吨级的船坞（中型船坞）；Ⅲ级：五千吨级以下的船坞（小型船坞）；当自然条件复杂，破坏后对船厂或港口生产造成重大损失，或在国防上占有重要地位时，经过论证可将Ⅱ、Ⅲ级船坞等级提高一级；当自然条件好，当地又有成熟的建设经验，经过论证，亦可将Ι、Ⅱ级船坞等级降低一级。坞口外翼墙可和与其相连接的码头或船坞采用同一等级。船坞基坑与围堰一般可比主体工程降低一级考虑。2.3.1干船坞的结构型式（1）重力式结构：重力式结构是以船坞结构的自重来抵抗水压力的作用，保持结构的稳定性。（2）锚拉式结构：锚拉式结构是采用锚固于地基的锚拉结构（锚杆、锚索、锚桩等）来克服水压力的作用，保持结构的稳定性。（3）排水减压式结构：排水减压式结构是采用排除地下水的方式，降低地下水位，从而消除或减小地下水压力的作用，保持结构的稳定性。（4）浮箱式结构：浮箱式结构是采用预制安装浮箱建造船坞，从而可不必建造围堰。排水减压式适用于原有地基或经防渗处理后的地基的渗水量较小的情况。锚拉式适用于地基具有良好锚碇条件的情况。重力式适用于采用排水减压式、锚拉式结构有困难的情况。浮箱式适用于施工有困难或不经济的情况。干船坞的结构型式排水减压式结构锚拉式结构锚拉（桩基）式结构锚拉（桩基）式结构重力式结构浮箱式结构2.3.2坞室和坞口结构形式船坞，其侧墙与底板的连接形式，均可采用整体式、分离式或铰接式。整体式结构系指侧墙与底板连成整体，其间可彼此互相传递弯矩、切力和轴向力；分离式结构则恰恰相反，侧墙与底板间以变形缝断开，各自作为独立的结构，彼此互不传递弯矩和切力；铰接式结构介于上述两种之间，侧墙与底板间以铰接构造（如：榫槽连接等）连接，其间不传递弯矩，但传递切力和轴向力。请看前面的几张图2.3.3船坞结构的计算内容首先应说明的是，目前《干船坞设计规范》还没有改编为以可靠度为基础的分项系数法，故以下仍按综合安全系数法讲述。船坞结构应进行下列计算:(1)坞室和坞口的抗浮稳定性;(2)坞口及分离式坞墙的抗滑和抗倾稳定性;整体式坞墙在使用期不必验算此项.;(3)坞墙、底板的内力和强度计算；(4)钢筋混凝土构件一般进行限制裂缝宽度验算，对使用上有抗裂要求的部位，则进行抗裂度验算；(5)坞墙、底板、坞口门墩基底应力和地基承载力计算；(6)粘性土地基上的分离式坞墙和坞口门墩必要时应计算地基沉降；(7)排水减压式、锚拉式、浮箱式等结构形式的专门计算；(8)地震设计烈度为七度或七度以上的地区应进行抗震计算。2.3.3船坞结构的计算内容首先应说明的是，目前《干船坞设计规范》还没有改编为以可靠度为基础的分项系数法，故以下仍按综合安全系数法讲述。船坞结构应进行下列计算:(1)坞室和坞口的抗浮稳定性;(2)坞口及分离式坞墙的抗滑和抗倾稳定性;整体式坞墙在使用期不必验算此项.;(3)坞墙、底板的内力和强度计算；(4)钢筋混凝土构件一般进行限制裂缝宽度验算，对使用上有抗裂要求的部位，则进行抗裂度验算；(5)坞墙、底板、坞口门墩基底应力和地基承载力计算；(6)粘性土地基上的分离式坞墙和坞口门墩必要时应计算地基沉降；(7)排水减压式、锚拉式、浮箱式等结构形式的专门计算；(8)地震设计烈度为七度或七度以上的地区应进行抗震计算。为什么第二条要写：应验算“(2)坞口及分离式坞墙的抗滑和抗倾稳定性;”而“整体式坞墙在使用期不必验算此项.”？船坞的荷载组合分为：（1）设计组合使用时期设计高、低潮位及设计地下水位时的建筑物自重、土压力、水压力、地面使用荷载、坞墩荷载及其他工艺荷载等可能发生的最不利荷载组合。（2）校核组合1)使用时期校核高、低潮位及校核地下水位时的建筑物自重、土压力、水压力、波浪力、冰荷载、地面使用荷载及坞墩和其他工艺荷载等可能发生的最不利荷载组合；2）施工时期施工高、低潮位时的建筑物自重、土压力、水压力、波浪力、冰荷载及施工荷载等可能发生的最不利荷载组合；3)修理和事故时期相应水位时的各种外荷载可能发生的最不利荷载组合。（3）特殊组合使用时期设计高、低潮位及设计地下水位时包括地震荷载在内的最不利荷载组合。使用时期最不利荷载组合应考虑下列主要受荷状态：（1）空坞无船（无坞墩荷载）；（2）空坞有船（有坞墩荷载）；（3）坞内有水（船舶进行进出坞操作）。施工时期最不利荷载组合应考虑：（1）分离式结构的坞底板对坞墙起顶撑作用前、后的受荷状态；问：对板桩坞墙有何不同？（2）整体式结构的施工闭合块浇筑前、后的受荷状态。何为闭合块？为什么？为什么？2.3.4坞室结构的计算方法2.3.4.1分离式坞室(1)分离式坞室墙(以下简称坞墙)分离式坞墙常用的结构形式可分为以下四类:重力式坞墙(包括:实体式、悬臂式，即所谓倒T形墙、扶壁式)：该种形式适用于地基承载力较高的情况;衬砌式和混合式坞墙，适用于坞墙后全部或部分为岩体的情况;桩基承台式，适用于承载力较低的土基情况;板桩式坞墙，适用于承载力较低的土基情况。1)重力式坞墙重力式坞墙的抗滑和抗倾稳定性和地基应力的计算方法，与重力式码头岸壁基本相同。但作为坞墙的受力特点是，其墙前、后的水位差很大，当坞内无水而墙后地下水较高时，墙前后水位差远远大于码头岸壁前后的“剩余水头”值，当船坞采用排水减压设施时，结构所承受的上托水压力，并非简单的浮托力，而是包括渗透压力和浮托力的扬压力。由于水压力形式及结构形状的复杂化，在稳定计算中，便不宜采用重力式码头的计算公式，即不能采用以浮容重计算结构水下部分自重的方法。而应采用以下各式计算。沿基底的抗滑稳定性按下式计算:(2.3.4.1)HEfUGKpS)(式中：KS—抗滑稳定安全系数f——基底滑动面的摩擦系数；Ep——作用于墙前的被动土压力(kN)；H——作用于墙底面以上除Ep以外的所有水平力的合力(kN)；G——作用于墙底的垂直合力(kN)；U——作用于坞墙的扬压力(kN)。•此式与重力式码头的计算公式有何不同？看分子•排水减压式船坞分离式坞墙的抗滑和抗倾稳定性计算中，能不能采用重力式码头的计算方法－－采用以浮容重计算结构水下部分自重和计算剩余水压力的方法？？沿坞墙底的抗倾稳定性可按下式计算:K0=MR/M0(2.3.4.2)式中：K0—抗倾稳定安全系数,应满足《干船坞设计规范》要求；MR—对墙底前趾的稳定力矩，其中包括浮托力所产生的力矩；M0—对墙底前趾的倾复力矩，其中包括渗透压力所产生的力矩。坞墙底面的地基反力可按下式计算:(2.3.4.3))61(maxminBeBUG式中：——分别为坞墙底面地基最大和最小反力；B——坞墙底宽（m）；e——坞墙底面合力作用点偏心距（m），2Beζ为合力作用点与墙底前趾端点的距离（m），UGMMR0土基时,ζ不得小于1/3～1/4基底宽度(地基好时取小值)。岩基上不受此限制。象这种简单的计算公式，会有计算考试。太复杂的计算反而不会考（时间不够）。当ζB/3时，地基应力改用下式计算：03)(2minmaxUG(2.3.4.4)以上各式，对于实体式、悬臂式、扶壁式坞墙均适用。关于其结构内力的计算，分别简述如下。实体式坞墙可采用梯形或衡重式断面形式。其结构内力一般按偏心受压构件计算。悬臂式坞墙结构由立墙、前底板和后底板组成(见图2.3.4.1)。当廊道悬出立墙以外的尺寸较大及其上设置起重机轨道时，尚需设置支持廊道的构件，如:立柱等。立墙