沉箱码头课程设计任务书及指导书.doc

长沙理工大学水利工程学院 沉箱码头课程设计任务书及指导书 港航教研室 2009年9月 设计任务书 设计资料 某沉箱码头断面见图1和沉箱结构见图2。码头高度为结构14.5m，沉箱长12.5m，底宽11.0m。 设计水位： 设计高水位：3.24m；极端高水位：3.75m； 设计低水位：-1.40m，极端低水位：-2.55m； 沉箱沉放时水位＋1.30m。 设计荷载 堆货荷载 情况一 q＝30 kN/m2；情况二q＝20 kN/m2 系缆力 情况一 PR=350KN；情况二 PR=300KN 波浪要素 波高H＝1.5m；波长L=30m 各种材料重度，及土体内摩擦角 混凝土：γ＝23 kN/m3 钢筋混凝土：γ＝25 kN/m3 砂：γ水上＝18 kN/m3；γ水下＝10 kN/m3 γ饱和＝20 kN/m3 石块：γ水下＝11 kN/m3 内摩擦角 φ砂水上＝30°； φ砂水下＝25° φ砂饱和＝25° 混凝土标号均为R25 混凝土与抛石基床的摩擦系数f＝0.6 结构安全等级为一级 计算内容* 各水位情况下码头的抗倾、抗滑稳定性和沿基床滑动稳定性计算； 沉箱底面的应力和基床底面的地基应力计算； 安放时沉箱壁的内力，以及使用期沉箱内填砂的侧压力作用下的箱壁内力计算； 使用期底板内力和施工期墙后未回填时的底板内力计算。 *注：根据具体的分配任务不同，每个学生的计算内容需做一定调整。 图1 沉箱结构 1：100 单位：mm 图2 沉箱结构 1：100 单位：mm 设计指导书 本课程设计主要进行码头稳定性计算和机构内力计算。 稳定性和地基应力计算 计算荷载 主要计算荷载包括自重力，土压力，地面使用荷载，波浪力，船舶荷载。其中，波浪力按立波波压力计算，计算方法和计算公式参考《海港水文规范》，对于使用期，只考虑波谷波压力。对于施工期则按波峰波压力计算（此时沉箱内回填了填料，但墙背后未回填料）。地面荷载布置根据不同的计算内容考虑三种最不利的布置情况。本课程设计不考虑剩余水压力。 计算方法 参考《重力式码头设计与施工规范》 沉箱结构内力计算 计算荷载 计算荷载包括施工期荷载和使用期荷载 箱壁上的荷载 施工期：主要考虑沉箱沉放时的水压力，因为本工程不采用溜放浮运的施工方法。根据经验沉放时水压是箱壁的控制对象，其荷载图示见图3 图3 沉放时水压力 根据设计经验沉箱舱格灌水深度1.5L（L为箱格的计算长度）时具有最大的箱壁内力。由于前后箱壁与侧箱壁的箱格计算跨度L不同，故应分别计算： 对于前后箱壁： 灌水深度：1.5L＝5.5m t=1.5L＋0.45＝5.95m 此时沉箱吃水：T＝（G1＋G2）/(12.459.3－2×8.52×0.25) G1——沉箱自重 G2——舱格内水重。G2＝5.5×3.67×4.275×6×γw 则水压P＝（T-t）γw＝（T－5.95）γw 对于侧箱壁： 灌水深度：1.5L＝1.5×4.275＝6.41m 同理可求出水压。 使用期 主要包括箱内填料产生的侧压力、波浪力、船舶挤靠力及撞击力等。作为课程设计，只考虑箱内填料侧压力及波浪力。波浪力计算同前面计算方法一样，填料侧压力计算则采用扬森公式计算。 底板上的荷载 施工期：包括沉放时向上的水压力（计算水压力见前面计算方法）和箱内回填料而墙背未回填情况下的内填料竖向压力、地基反力与底板自重压力、波浪浮托力。 使用期：包括前趾最大地基反力、波浪浮托力，填料及上面荷重产生的竖向压力及底板的自重，使用期底板的设计荷载图示见图4。 计算方法 为简化计算，根据结构的受力情况，将箱壁分为两格区段：底板以上1.5L（L格墙间距）区段和1.5L以上区段。前者按三边固定一边简支的单孔板计算。后者多余两跨时，按两端固定的连续板计算，等于或少于两跨时，按框架或两端固定的单跨板计算。都以1m为计算单元。 应注意以下几点： 箱壁按前后壁和侧壁分别计算两个区段。前后箱壁两个区段为底板以上1.5L（5.5m）区段和5.5m以上区段，侧壁则为1.5L（6.41m）区段和6.41m以上区段。 箱壁底板以上1.5L区段和底板按单孔板计算。对于单孔板的计算可以根据长宽比直接从有关计算手册上查表求得。 图4 使用期底板上的荷载