高桩码头毕业设计说明书

学号：

上海海事大学

本科生毕业设计（论文）

张家港某5万吨级散货码头结构设计

说明书

学院：海洋科学与工程学院

专业：港口航道与海岸工程

班级：

姓名：

指导教师：

完成日期：2015年06月日

承诺书

本人郑重承诺：所呈交的毕业论文“张家港某5万吨级散货码头结构设计”是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。文中所引用的观点和参考资料均已标注并加以注释。论文研究过程中不存在抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。如若出现任何侵犯他人知识产权等问题，本人愿意承担相关法律责任。

承诺人（签名）：

日期：年月日

摘要

本设计是对张家港储运部现有码头进行扩建，泊位年通过能力需满足油品70万吨、袋装粮食55万吨，码头结构按照停靠5万吨级油船设计。

通过对该地区自然条件的考量，确定使用梁板式高桩码头结构，其中，面板采用叠合板的形式；纵梁分为轨道梁和一般梁进行设计和配筋计算；横梁采用倒T形结构，下部预制，上部现浇，预制横梁上搁置纵梁；纵梁搁置在桩帽上。本设计主要采用易工软件对码头内力进行计算，通过软件的计算结果对横梁和轨道梁进行配筋和抗裂验算。桩基采用预应力混凝土空心方桩，采用易工软件对桩的承载力进行验算。

关键词：散货码头；高桩码头；结构设计

Abstract

This design is the expansion of existing terminals. Zhangjiagang storage and transportation department need to meet the annual capacity of 700000 tons of oil and 550000 tons of bags of food storage. It is in accordance with the wharf structure to accommodate 50000 - ton oil tanker design. After the investigation of the natural conditions of the region, this design uses the pier structure of the beam plate and high pile.. The form of laminated plates used in laminated plates. The calculation into longitudinal rail beam and beam design and reinforcement. The beam adopts the inverted T structure.. The parts of the beam are made in advance and cast in the upper part of the above. Precast beam on a beam. On pile cap beam. This design mainly uses the easy software calculation wharf internal force. Through the calculation results of the software, the beams and rail beams are reinforced and the crack resistance is checked.. Prestressed concrete hollow square piles for pile foundation. The bearing capacity of the pile is checked by the software of the design.

Key words: bulk terminal; high piled wharf; structure design

目录

一、设计资料 (1)

1.1 工程概述 (1)

1.2 自然条件 (1)

1.3 水文资料 (2)

1.4 地质地貌资料 (2)

1.5 船型资料 (4)

1.6 荷载分析 (4)

二、港口总平面布置 (6)

2.1 港口总平面概述 (6)

2.2 码头水域设施 (6)

2.3 码头陆域设施 (8)

2.4 装卸工艺设计 (9)

三、码头总体设计 (11)

3.1 结构选型 (11)

3.2 初步设计 (11)

四、码头结构设计 (12)

4.1 面板设计 (12)

4.2 轨道梁设计 (12)

4.3 一般纵梁设计 (19)

4.4 横向排架设计 (24)

4.5 桩基设计 (33)

结束语 (35)

参考文献 (36)

一、设计资料

1.1工程概述

本设计位于江苏省张家港，江苏省江海粮油贸易公司张家港储运部位于江苏省张家港市金港镇，目前拥有万吨级泊位3个，设计年吞吐能力合计180万吨；千吨级泊位2个（五节港），年设计吞吐能力合计30万吨；中转库15万吨；规范化露天堆场5万平方米；总储量为7万吨油罐多座；储备库8万吨以及相配套的生产生活设施。储运部主要承担长江干线地区粮食、大豆及油脂的中转任务以及国家粮油专项储备职能，是我国出口大米第一大港、长江流域最大的粮油集散地。储运部近几年粮食、油脂的水上年中转量均达到250万吨左右，储运部现有码头的吞吐能力已远远满足不了生产和发展的需要，因此江苏省江海粮油贸易公司决定自筹资金，对张家港储运部现有码头进行扩建。

1.2自然条件

1.2.1地理位置

江苏省江海粮油贸易公司张家港储运部位于张家港市金港镇，长江福姜沙水道右汊南岸，地处苏锡常三市的水上门户。该处水路通过长江上达重庆、武汉，下至上海并出海；陆路距上海173Km，距南京220Km，交通十分便利。

1.2.2气温

多年平均气温15.2°C

极端最高气温38°C

极端最低气温-14°C

全年35°C及以上的高温天数：年平均5.1d

1.2.3降雨

多年平均降雨量1025.5mm

历年平均降雨天数＞0.1mm 124d

＞5.0mm 50d

＞10.0mm 30d

＞25.0mm 10.5d

＞50.0mm 3d

历年一小时最大降雨量93.2mm

历年10分钟最大降雨量26.2mm

最长历时降雨量109.2mm

最长连续降雨日数14d

1.2.4 风况

拟建码头区位于长江下游平原地区，是北方冷空气南下和太平洋高压气旋北进的路径，冬春有寒潮入侵，夏秋有台风袭击，风力较长江中上游为大。根据该区域沿江的江阴、张家港、常熟气象站多年观测资料分析，本区域冬季盛行西北风和东北风，夏季以东南方向的海洋季风为主，春秋季为过渡期，以偏东风为主。从历年风况资料情况来看，当地常风向为SSE、ESE向，频率各占10%，次常风向为ENE、SE向，频率各占9%，强风向为ESE、SE向，最大风速20m/s。影响当地的台风平均2～3次/年，风向多为NE向，风力常在5～8级。

1.2.5雾况

多年情况表明，当地雾的出现多发生在清晨和夜间，上午10时后消散。

多年平均雾日数28.7d

年最多雾日数66d

最长一次雾连续时间71小时32分钟

1.3水文资料

1.3.1水文特征

拟建工程所处河段上下游分别设有江阴肖山水文站和南通天生港水文站，经对两站多年实测潮位资料的统计、分析，拟改建码头区域潮位特征值如下（长办吴淞基面，下同）：历年最高潮位+6.69m

历年最低潮位+0.74m

平均潮位+3.19m

最大潮差 3.39m

1.3.2设计水位

设计高水位 5.09m（高潮累积频率10%的潮位）

设计低水位 1.54m（低潮累积频率90%的潮位）

校核高水位 6.66m（重现期为50年的极值高水位）

校核低水位0.65m（重现期为50年的极值低水位）

1.4地质地貌资料

1.4.1地形地貌

扩建段码头场地位于长江三角洲冲积平原，由长江沙洲淤涨成陆，地势低平，河网密布。所在地区属亚热带湿润季风气候，初夏有梅雨、夏秋多台风雨。

拟扩建码头位于长江南岸，为冲刷岸，岸线内凹，深槽贴岸，水深流急。

江海粮油贸易公司张家港储运部南邻沿江公路，北靠长江，水陆交通十分便捷。

1.4.2工程地质

根据资料整理可得土层参数如下：

表1.1 土层参数

1.4.3地质构造和地震

根据区域地质资料反映，拟建码头区内无活动性构造断裂存在。

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），本区域地震动参数对应的地震基本烈度为Ⅵ度。

根据江苏省水文地质工程地质勘察院对地震活动性与设计地震动参数的研究表明，场地抗震设防烈度为Ⅵ度，设计基本地震加速度值为0.05g，可不考虑饱和沙土液化和软土震陷的影响。

1.5船型资料

拟扩建泊位为多用途中转码头，主要中转货种为食用油品和袋装粮食，其中油品年进、出口总量为70万吨，袋装粮食总量为55万吨，根据以上对现有泊位近几年到港和出港船舶船型的统计和分析，结合扩建段码头泊位拟安排货种的主要流向和岸线资源情况，考虑到今后运输船型的发展需要，根据业主要求扩建段码头泊位结构按停靠50000吨级油船设计，50000DWT 油船船型资料如下：

总长（L ）×型宽（B ）×型深（H ）×满载吃水（T ）=229m ×32.3m ×19.1m ×12.8m 。

1.6荷载分析

1.6.1船舶荷载

（1）系缆力

船舶系缆力按下列公式计算：

N K F /sin cos F /cos cos /n x y αβαβ=∑+∑（）

式中：

x y F F K 1.3n 5.03015αβ∑∑??、：风和水流对船舶产生的横向分力及纵向分力总和；：系船柱分布不均匀系数取；：受力系船柱数量，取；

：系船缆水平投影与码头前沿线夹角，取；：系船缆与水平面间的夹角，取。

计算可得系缆力为711.5KN 。 （2）撞击力

20E MV 2

n ρ

=

式中：

0n E KJ 0.70.8M t V m /s 50000DWT 0.10m /s ρ：船舶靠码头时的有效撞击能量（）；

：有效动能系数，取～；

：船舶质量（），按满载排水量计；

：船舶法向靠船速度（），按考虑取。

经计算，30000DWT 杂货船靠泊撞击能量为218.7KJ ，50000DWT 油船靠泊撞击能量为253.2KJ ，拟选用DA-A600H ×1000+1300橡胶护弦作为船舶靠泊码头的消能设施，按靠泊50000DWT 油船计算，其作用在码头上的横向撞击力为P=1600KN 。

（3）挤靠力

与撞击力相比，挤靠力不起控制作用，所以不用单独计算。

1.6.2装卸设备荷载

拟扩建段泊位前方平台配备的主要装卸设备为2台10吨门座起重机，轨距10.5m，基距10.5m，44

?轮，工作状态最大轮压P250KN

=。

1.6.3堆货荷载

前方平台：20KN/m2；

后方平台：40KN/m2；

引桥部分：10KN/m2。

1.6.4车辆荷载

（1）20t汽车；

（2）10t平板车。

1.6.5风荷载

根据《港口工程荷载规范》（JTJ215-98）提供的全国基本风压分布图，扩建段码头区域按基本风压W0=0.4KN/m2计算。

1.6.6地震荷载

该地区地震基本烈度为Ⅵ度，本次设计不考虑地震荷载。

二、港口总平面布置

2.1港口总平面概述

由于设计码头位于长江南岸，属于内河港，考虑到河口港水深不足的问题，初步设计采用栈桥式结构，用引桥连接码头与后方陆域，在水深较深处布置码头。码头平面暂定为开敞式结构，因此不设置防波堤和口门，如果遇到恶劣天气影响正常工作，可以暂停作业，船舶离开泊位进入锚地躲避风浪。

2.2码头水域设施

2.2.1泊位数

拟扩建泊位为多用途中转码头，主要中转货种为食用油品和袋装粮食，其中油品年进、出口总量为70万吨，袋装粮食总量为55万吨，本泊位按照50000吨级油船设计。

50000DWT 油船船型资料如下：

总长（L ）×型宽（B ）×型深（H ）×满载吃水（T ）=229m ×32.3m ×19.1m ×12.8m 。

经过查阅资料可知，50000吨级油船年通过能力约为500万吨，因此一个泊位已经满足扩建要求。 2.2.2泊位长度

根据《海港总平面设计规范》(JTJ 211-99)中相关规定：当在同一码头线上连续布置多个泊位时，其码头总长度宜根据到港船型尺度的概率分布模拟确定，也可按下式确定：

端部泊位： 1.5b L L d =+错误！未找到引用源。 中间泊位：b L L d =+错误！未找到引用源。

考虑到本设计为码头的扩建，泊位长度按照端部泊位考虑，则

1.5229 1.522262b L L d m =+=+?=

2.2.3码头前沿设计高程

根据规范要求，对于桩式结构的开敞式码头，码头前沿高程通过下式确定：

0E HWL h η=+++?

式中：

5.09m HWL ——设计高水位，为；

01——50H %m η设计高水位时重现期为年的静水面以上的波峰面高度（）

；

m h ——码头上部结构的高度（m ）,取0.5；

——m 0.5m ?波峰面以上至上部结构底面的富裕高度（），取。

经计算可得：E=7.09m 。

考虑到安全因素和绘制图纸以及施工的方便，确定为E=7.10m 。 2.2.4码头前沿设计水深

根据规范要求，码头前沿设计水深根据下式确定：

1234D T Z Z Z Z =++++

式中：

12241423344D m T 50000DWT T 12.8m Z Z10.3m Z Z KH %Z H %1.2m K 0.3Z 0.06m Z Z 0.15m Z Z 0.4m ===-====——码头前沿设计水深（）；

——设计船型满载吃水，按油船考虑；——龙骨下最小富裕深度，泥质河床取；

——波浪富裕深度，，其中取，，则；

——船舶应配载不均匀而增加的船尾吃水值，油船取；——备淤富裕深度，取。 经计算可得：码头前沿设计水深D=13.7m 。 2.2.5航道水深

01234

D T Z Z Z Z Z =+++++=12.8+0.2+0.5+0.2+0.15+0.4=14.25m 2.2.6航道宽度

由于设计资料比较匮乏，假设横流V 满足0.25V 0.50≤＜，则取n=1.69，r =7。 其宽度按下式确定：

(sin ) 1.69(229sin732.3)101.8o A n L R B m =+=??+=

2101.8232.3166.4W A C m =+=+?=

2.2.7防波堤和口门

综合考虑风、浪的作用，认为该港所处的水域为内河水域，受风、浪的影响较小，同时考虑到工程预算和其他因素，本次设计不设防波堤、不设口门，当风浪因恶劣天气影响过大或遭遇其他无法进行码头作业的天气时，进港船舶可暂时离开作业区，进入锚地避风，待风浪过后继续进行作业。 2.2.8锚地

由于设计码头是河港，所以一般采用双浮筒系泊的方式。 锚位长度：S=L+2(r+l)=229+2?(3.55+30)=296.1m 锚位宽度： B=4b=4?32.3=129.2m 单个锚位面积：A=S ?B=38256m 2

2.2.9回旋水域

根据《海港总平面设计规范》中的相关规定，本港口由于无掩护水域，而且是受水流影响较大的河港，采用直径为2.5L 的水域，即2.5L=572.5m 。

2.3码头陆域设施

2.3.1码头前沿作业区

本设计中，扩建段码头平台总宽度为30m ，可以分成两段，分别是前方平台和后方平台。前方平台宽14.5m ，主要设置有两座10t 门座起重机，门机轨道间距是10.5m ；后方平台宽15.5m ，主要供车辆行驶。 2.3.2引桥

由于本地区码头近岸水深不足，因此与岸线连接的部分设置三座引桥，引桥长度暂定为40m ，其中，外侧的两座引桥宽11m ，设置9m 宽的行车道，2m 宽的食用油品管线区；中间引桥宽9m ，仅设置汽车行车道。 2.3.3码头后方作业区

（1）杂货堆（库）场面积

根据《海港总平面设计规范》(JTJ 211-99)相关规定，件杂货、散货库（场）所需

容量按下式确定：

dc K

yk r BK h t T K K Q E ???=

α H H K BK max = k qK E

A =

式中，E ——库（场）所需容量（t ）；

h Q ——年货运量（t ）

； BK K ——库（场）不平衡系数；

——%98%r K 货物最大入库（场）百分比（），本设计取； ——350~365d yk T 库（场）年运营天数，可以取；

——1.00.7~0.90.8K α堆场容积利用系数，对件杂货取；对散货取，本设计取;

——d 7~15d 10d dc t 货物平均堆存期（），可取，码头前方库（场）不宜超过；

max ——H 月最大货物堆存吨天；

——H 月平均货物堆存吨天。 经计算可得:

55 1.398%

10 2.0350 1.0

h BK r dc yk K Q K K E t T α????=

?=?=?万吨

32.0

==1.3320.75

k E A m qK =

?万 由于道路和引道会占用后方堆场一定的面积，前方库（场）的长度为泊位长度减去

20~30m ，宽度取40~60m ，并且尽量和泊位对应。本次设计仅一个泊位，且泊位长度为

262m ，初步拟定后方库（场）长度为230m ，宽度60m ，总共设置一个堆场，一个库场。

（2）油罐所需容量

根据《海港总平面设计规范》(JTJ 211-99)相关规定，原油码头需要的油罐、油库容量可以按照下式计算：

0h Bk

dc yk Q K E t T γ

γη=

式中：0E ——容量（3m ）； h Q ——年货运量（t ）；

dc t ——平均储存期（d ）

，取6~7d ; γ——油品密度（3/t m ）；

γη——油库或油罐容积利用系数，取0.85；

yk T ——油库或油罐年作业天数； Bk K ——油库或油罐不平衡系数。

经计算可得:

43070 1.1

=6=1.67103500.930.85

h Bk dc yk Q K E t m T γγη?=

????

2.4装卸工艺设计

2.4.1设计参数

(1)货种分析

扩建码头位于江苏省张家港，扩建泊位是多用途码头，其主要进出口货物为食用油品和袋装粮食，其中，袋装粮食为件杂货，年进出口总量为55万吨，食用油品属于液体散货，年进出口总量为70万吨。

(2)设计船型

扩建段码头泊位结构按停靠50000吨级油船设计计算，50000DWT油船船型资料如下：总长（）型宽（）型深（）满载吃水（）=229m32.3m19.1m12.8m

???

L B H T

???。

(3)作业班制：三班/昼夜。

(4)年营运天数：320天。

2.4.2工艺方案设计

通过对本设计的货种进行分析，袋装粮食的装卸采用一般件杂货的拖装吊工艺系统工艺系统，使用油品则采用管道运输。

对于袋装粮食的装卸，在码头前沿设置两台10吨门座起重机作为垂直运输机械，进行前沿装卸作业，待货物从船上卸下后，则通过汽车和平板车进行水平运输，到达库（场），在库（场）通过轮胎式起重机等机械，卸入库（场）堆垛。

对于食用油品的装卸，通过油脂管线进行输送。油脂管线从后方贮罐区开始，沿着上下游两座引桥的外侧铺设，管线数量为6根，管线设计流量为400t/h，如果流量不够，可以考虑两根管线同时接卸，以缩短卸船时间。

2.4.3装卸工艺流程

袋装粮食装卸流程：

杂货船门机汽车、平板车轮胎式起重机库（场）

←→←→←→←→

食用油品装卸流程：

油船船舱输油泵输油管道闸阀工艺管线后方储罐

←→←→←→←→←→

三、码头总体设计

3.1结构选型

码头型式根据结构分类一般有重力式码头、板桩码头和高桩码头。其中，高桩码头在我国的各个港口中应用十分普遍。高桩码头的主要优点是结构轻，适应性好，对软土地基的适应性更是远远超过其他类型的码头。由于本设计是河港码头，软土是地基表层的主要结构，相对的硬土层则一般在较深处，考虑到码头在宽度方向的尺度相对较大，岸坡坡角相对较小，因此初步设计码头结构使用梁板式高桩码头。

3.2初步设计

3.2.1码头长度

从前文的计算中可得本设计泊位长度为262m，但是考虑到本设计为码头的扩建，已建泊位原为端部泊位，扩建后则需按中间泊位考虑，因此其泊位总长度存在富余量，取该富余长度为10m，因此本设计只需扩建252m即可满足要求。

为了避免码头结构产生过大的变形应力，需设置变形缝(凹凸缝)，将码头沿长度方向进行分段。变形缝的宽度取为20mm，变形缝内用泡沫塑料填充，以保证结构自由伸缩。变形缝的间距取为63m。由于该地区土质条件不好，为了加强对不均匀沉降的适应性，把结构分段处的两端做成悬臂式上部结构，悬臂的长度为1.5m。码头沿长度方向分为4段，每段63m，初步拟定每段设置11榀排架，排架间距6m。

3.2.2码头宽度

码头平台总长252m，总宽30m，由前方平台和后方平台两部分组成。前方平台宽14.5m，每榀排架下设5根600mm×600mm预应力砼空心方桩基础，靠前沿的轨道梁下布置双直桩，后轨道梁下布置叉桩，叉桩斜度为3：1，在前方双直桩和后方叉桩中间加设一根直桩。

后方平台宽15.5m，每榀排架下设4根600mm×600mm预应力砼空心方桩基础，桩基均为直桩。

四、码头结构设计

4.1面板设计

由于现浇板工作量大，施工速度慢，而只用预制板的话则整体性较差，所以面板采用叠合板的形式，面板预制部分取为350mm ，面板现浇部分取为150mm ，磨耗层厚度取为50mm ，与面板的现浇部分一起浇筑。

连续板计算跨度： 长跨：

弯矩计算时：100.4m 0.10.66B l m l l m =<===，故， 剪力计算时：0 5.6n l l m == 短跨：

弯矩计算时：00.50.10.525 4.45n B m l m l l m =<===，故， 剪力计算时：0 4.45n l l m ==

因此，长边计算跨度与短边计算跨度之比为6/4.45=1.3<2，则按照双向板计算。

4.2轨道梁设计

4.2.1梁截面参数

本设计中每段预制轨道梁长为5.6m ，纵梁搁置在横梁上，搁置长度为0.3m ，净跨5m ，横向排架间距为6m 。

该梁是钢筋混凝土预制梁，主要参数见表4.1和表4.2：

表4.1 轨道梁截面

表4.2 轨道梁截面参数

4.2.2连续梁参数

表4.3 连续梁参数

4.2.3节点支撑、连接条件

表4.4 连续梁节点支撑、连接条件

4.2.4荷载分析计算

（1）永久作用

纵梁自重：250.5112.5/

kN m

??=

预制面板：2

250.358.75/

kN m

?=

现浇面板及面层：2

240.2 4.8/

kN m

?=

对于中间部分的面板，其两边支承在横梁上，两边支承在纵梁上，按照双向板计算。面板的自重和其上的均布荷载按照图4.1的规则传递给纵梁和横粱。

图4.1 面板中间部分荷载传递图

其中8.75 4.813.55

q kPa

=+=

05.25

l m

=

对于悬臂部分的面板，按照单向面板计算，将均布荷载只传递到横梁或者纵梁之上，对于位于四个角落的面板，可以按照对角线分布的原则将荷载同时传递到横、纵梁之上。

图4.2 悬臂面板荷载传递图图4.3 角落面板荷载传递图

轨道梁受力如图4.4：

图4.4 轨道梁受力图一

（2）可变作用

堆货荷载：前方承台：20KPa；

后方承台：40KPa

前方平台上的堆货荷载为20KPa，其传递到轨道梁上的力的计算规则与面板自重相同，所以堆货荷载作用在轨道梁上的力如下图：

图4.5 轨道梁受力图二

门机荷载：轨距：10.5m；支腿纵距：10.5m，每只腿四个轮子；轮压：海侧轨250kN/轮，陆侧轨250kN/轮

单位：m

图4.6 门机示意图

4.2.5荷载组合

a.承载能力极限状态持久组合：永久荷载+散货荷载+门机

b.正常使用极限状态持久状况的标准组合：永久荷载+散货荷载+门机

4.2.6内力计算结果

从易工软件的计算结果中，可以汇总出不同作用效应组合下的弯矩和剪力的极值，见表4.5和表4.6：

表4.5 弯矩包络值分析汇总

表4.6 剪力包络值分析汇总

4.2.7轨道梁的配筋

按照承载能力极限设计值（持久组合）进行计算，轨道梁承载正向弯矩最大值为1514.94 kNm ，负向弯矩最大值为-1700.7 kNm ，设计使用双筋截面。

轨道梁采用等级为C40的混凝土，则219.5/c f N mm =，纵筋采用HRB335，箍筋采用HPB235，则2300/y f N mm =，2210

/yv f N mm

=。

因弯矩较大，估计受拉钢筋为双排布置，混凝土保护层厚度c=50mm ，初步取a=130mm ，则010********h mm =-=。

（1）抵抗截面正弯矩钢筋布置：

6

max 22

01514.94100.20519.5500870

s c M f bh α?===?? 10.544b ξξ=≤=

满足要求。

2019.55008700.232

=

=6559.8mm 300

c s y f bh A f ξ???= 查表选用632425φφ+钢筋（实际2=6790mm s A ）。 计算配筋率：

min 6790

1.358%0.15%5001000

ρρ=

=>=?

钢筋计算符合要求。