船坞

4.3)
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),
e = B 2 ξ
ζ为合力作用点与墙底前趾端点的距离(m),
ξ =
M M G U
R 0
当ζ<B/3时,地基应力改用下式计算:
σ σ
扶壁式坞墙结构由立板,肋板,前底板和后底板组成(见图 2.3.4.2),立板和后底板分别为四边和三边支承板..立板内力 计算时,尚应视其与廊道的连接方式及相互的刚度比例情况做 相应的简化.肋板按悬臂梁计算;肋板与立板,肋板与底板的 连接按中心受拉计算.前趾视坞墙是否考虑底板顶撑作用,分 别按悬臂板或偏心受压构件计算.
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:
修造船建筑物设计
船台滑道,船坞
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.
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.
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.
2.2.2 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 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. (2.2.2)
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.
2.2 船坞的主尺度
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 + L L—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)
2.3.2 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.
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:
σ
max min
max
=
2 (G
min
= 0
U ) 3ξ
(2.3.4.4)
土基时, ζ不得小于1/3～1/4基底宽度(地基好时取小值). , ζ 1/3 1/4 ( ) 岩基上不受此限制.
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.立墙可 视为嵌于底板上的悬臂板,在外力及其自重的作用下,按 偏心受压构件计算.前底板的内力计算图式应考虑坞墙是 否自身稳定,若在设计中考虑坞墙需由底板给予顶撑作用 时,则应按偏心受压的悬臂板计算,反之,则按受弯悬臂 板计算.后底板则一般按受弯的悬臂板计算.
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.
图2.3.4.3 衬砌式坞墙
(a)有锚衬砌的(尺寸: cm;高程: m); (b)无锚衬砌的(尺寸: m m,高程: m)
3)混合式坞墙 混合式坞墙,在结构 形式上,介于衬砌式和重力式之间, 其下部着落于岩体中,相似于无锚 衬砌墙,而在其上部,则为与下部 整体连结的重力式挡土墙结构(见图 2.3.4.6).作为一个整体结构,需进 行抗滑和抗倾稳定及地基应力的计 算.其计算方法,在忽略了墙体与 岩体的粘结作用的假设下,可采用 重力式坞墙的计算公式.
图2.3.4.1 悬臂式坞墙结构
图2.3.4.2 扶壁式坞墙结构
2)衬砌式坞墙 当坞墙着落于岩体中时,比较经济合理的结 构形式应属衬砌式坞墙.衬砌墙可采用钢筋混凝土,混凝土或 浆砌块石结构.其结构形式可分为有锚衬砌和无锚衬砌两种 (见图2.3.4.3).有锚衬砌系通过锚杆将衬砌墙与岩体连结起来, 这种形式,衬砌墙尺寸一般较小;无锚衬砌则由衬砌墙本身自 重保持稳定,衬砌墙的厚度,对现浇混凝土及钢筋混凝土结构, 不宜小于0.2米,对浆砌料石结构,不宜小于0.3米,对浆砌块石结 构,不宜小于0.4米. 衬砌墙的锚杆一般按梅花形布置,锚杆间距一般取1～2米; 对于衬砌墙后局部结构不稳定的岩体,必须采用锚杆加固,锚杆 的布置应根据实际情况确定. 衬砌墙的锚杆直径一般采用20～25毫米.局部加固岩体的锚 杆一般采用预应力锚杆,预应力锚杆直径一般不宜小于25毫米. 锚固锚杆的砂浆标号应不低于200号. 衬砌墙的墙后及底部,一般应设置排水设施. 衬砌式坞墙应进行整体稳定性验算,锚杆计算和衬砌墙的 强度计算及裂缝开展验算.
2.3 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.
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 按结构形式分:
船坞结构:
重力式 锚拉式 排水减压式 浮箱式 坞口 坞室结构: 整体式 分离式 铰接式
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. 平面布置上: 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.
K
S
=
(G U ) f + E H
p
(2.3.4.1)
式中:KS—抗滑稳定安全系数,应符合《干船坞设计规范》规定; 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).
2.2.3 船坞深度
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 T 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1.2～1.8 m; a——富裕水深(m);一般取0.5～1.0 m,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.
(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; (2)整体式结构的施工闭合块浇筑前,后的受荷状态.