港工课程设计

每段码头考虑布置一个系船柱，则系缆力引起的垂直水平作用和倾覆力矩分别为：
垂直分力：PRV=Nz/13=6.97（kN/m）
水平分力：PRH=Nx/13=13.0（kN/m）
倾覆力矩：MPR=6.97×2+13.0×17.15=236.89（kN·m/m）
（
根据所给资料知道，该码头上安装两台M5-2-250型门机。根据国产门机计算荷载规范得，门机自重115t，最大起重量5t，悬臂最大幅度30m，前、后轨间距10.5m，前轨距码头前沿2.5m。所研究的沉箱上只有一个门机。
故沉箱的高度为：H=3-(-11.5)+0.5=15m
沉箱宽度主要由码头的水平滑动及倾覆的稳定性和基床及地基的承载力确定，根据工程经验一般为码头的0.6倍左右，初步取12.2m。
（
为了增强沉箱的刚度和减小箱壁与箱底的计算跨度，在箱内设置2道纵向隔墙和4道横向隔墙。
（
沉箱的箱壁、隔墙和底板的厚度应由计算确定。根据规范对沉箱构件的构造要求和本码头的受荷情况及工程经验，取沉箱的箱壁厚度为35cm，底板厚度为40cm，隔墙厚度为20cm。
10.56
21669.65
合计
44525.54
——
259177.5
延米自重
3425.04
19936.73
（
码头墙厚填料为块石，水上重度γ=18kN/m3，水下重度γ=11kN/m3，内摩擦角 =45°，沉箱顶面一下考虑墙背外摩擦角δ= /3=15°。作用于码头墙背的土压力按JTJ290—98《重力式码头是基于施工规范》的有光规定计算，本设计的计算项目包括码头后填料产生的土压力（永久作用）、堆货荷载产生的土压力（可变作用）和门机荷载产生的土压力（可变作用），其中码头填料产生的荷载随着水位的不同而不同，应对不同的水位下分别计算。
各种材料的相关参数如下表：
材料名称
重度KN/m3
内摩擦角（度）
水上
水下
混凝土胸墙
24
14
钢筋混凝土沉箱
25
15
块石
18
11
45
①设计高水位（+3.81m）下自重计算：
计算项目
自重力G计算式（KN）
力臂（m）
稳定力矩（KN·m）
沉箱前后壁、纵隔墙
1.1×13.0×14.6×15=3131.7
6.1
19103.37
门机的吊臂朝前和朝后所产生的前轨和后轨上的压力不同，故应分析吊臂朝前和朝后两种情况下的门机荷载。计算中先将一条轨道上两支腿上的力等效为一作用在该轨道上的集中力，集中力作用点为两支腿的中点。
①吊臂朝前：
对前轨两支腿的中点取矩：
G× =
115×9.8×5.25= ×10.5+5×9.8×24.75
6.1
19570.92
沉箱侧板、横隔墙
（0.35×2+0.2×4）×（11.72×15+2.88×25）×3×3
6.1
20406.33
沉箱底板
10.1×0.4×13×15
6.1
4805.58
沉箱前、后趾
0.5×（0.5+0.8）×1.05×13×15×2
6.1
1623.67
沉箱竖加强角
0.5×0.22×60×（11.72×15+2.28×25）
9.3
77289.28
胸墙1
5.1×2.2×24×13
3.075
10764.468
胸墙2
5.0×1.1×24×13
8.125
13942.5
沉箱上填石1
5.1×2.2×18×13
7.53
19769.87
沉箱上填石2
5.0×1.1×18×13
8.345
10740.015
沉箱后踵填石
0.5×(14.2+14.5)×13×11
3.075
9113.10
胸墙2
5.0×(0.29×24+0.81×14)×13=1189.5
8.125
9664.69
沉箱上填石1
5.1×(1.39×18+0.81×11)×13=1056.16
7.53
7952.88
沉箱上填石2
5.0×(0.29×18+0.81×11)×13=918.45
8.345
7664.47
6.1
1603.08
沉箱底加强角
0.5×0.22×（3.5+2.8）×10×3×15=56.7
6.1
345.87
沉箱内填石1
8.7×14.6×3×5×11
2.9
20259.69
沉箱内填石2
8.7×14.6×3×5×11
6.1
42615.21
沉箱内填石3
8.7×14.6×3×5×11
9.3
64970.73
6.1
1813.90
沉箱底加强角
0.5×0.22×（3.5+2.8）×10×3×15
6.1
345.87
沉箱内填石1
8.7×5×（11.72×11+2.28×18）
2.9
22802.87
沉箱内填石2
8.7×5×（11.72×11+2.28×18）
6.1
47964.67
沉箱内填石3
8.7×5×（11.72×11+2.28×18）
永久作用：
可变作用：
第n层填料土压力合力的水平分力可按下式计算：
永久作用：
可变作用：
①设计高水位（+3.81m）下：
土层
顶层(KN/m2)
底层(KN/m2)
单宽合力(KN/m）
力臂(m)
力矩(KN*m)
方向
永久作用
1
0.00
4.29
2.98
15.77
46.99
-
2
4.29
33.19
286.96
5.69
-
可变作用
6.86
6.86
114.63
8.35
957.16
-
④校核低水位（－0.85m）下：
土层
顶层(KN/m2)
底层(KN/m2)
单宽合力(KN/m）
力臂(m)
力矩(KN*m)
方向
永久作用
1
0.00
18.69
56.53
12.67
716.24
-
2
18.69
38.79
306.07
4.70
1438.53
沉箱后踵填石
0.5×(14.2+14.5)×13×11=2052.05
10.56
21669.65
合计
37689.97
——
238543.9
延米自重
2899.23
18349.53
④校核低水位（－0.85m）下自重计算：
计算项目
自重力G计算式（KN）
力臂（m）
稳定力矩（KN·m）
沉箱前后壁、纵隔墙
1.1×13×（4.35×25+10.25×13）
沉箱后踵填石
0.5×(14.2+14.5)×13×11=2052.05
10.56
21669.65
合计
35596.2
——
222616.8
延米自重
2738.17
17124.37
②设计低水位（+0.62m）下自重计算：
计算项目
自重力G计算式（KN）
力臂（m）
稳定力矩（KN·m）
沉箱前后壁、纵隔墙
1.1×13×（2.88×25+11.72×13）
1600.116
-
可变作用
6.86
6.86
114.63
8.35
957.16
-
③校核高水位（+4.83m）下：
土层
顶层(KN/m2)
底层(KN/m2)
单宽合力(KN/m）
力臂(m)
力矩(KN*m)
方向
永久作用
1
0.00
1.14
0.21
16.45
3.45
-
2
1.14
31.97
270.34
5.63
1522.01
胸墙1
5.1×(1.83×24+0.37×14)×13=2963.61
3.075
9113.1
胸墙2
5.0×1.1×14×13
8.125
8133.13
沉箱上填石1
5.1×(1.83×24+0.37×14)×13=3255.33
7.53
24512.63
沉箱上填石2
5.0×1.1×11×13
8.345
6563.34
1632.80
-
可变作用
6.86
6.86
114.63
8.35
957.16
-
②设计低水位（+0.62m）下：
土层
顶层(KN/m2)
底层(KN/m2)
单宽合力(KN/m）
力臂(m)
力矩(KN*m)
方向
永久作用
1
0.00
14.15
32.40
13.65
442.26
-
2
14.15
37.02
310.10
5.16
沉箱侧板、横隔墙
（0.35×2+0.2×4）×14.6×3×3×15
6.1
13224.80
沉箱底板
10.1×0.4×13.0×15=787.8
6.1
4805.58
沉箱前、后趾
0.5×（0.5+0.8）×1.05×13×15×2=266.18
6.1
1623.70
沉箱竖加强角
0.5×0.22×14.6×60×15=262.8
6.1
21109.66
沉箱侧板、横隔墙
（0.35×2+0.2×4）×（10.25×15+4.35×25）×3×3
6.1
21616.88
沉箱底板
10.1×0.4×13×15
6.1
4805.58
沉箱前、后趾
0.5×（0.5+0.8）×1.05×13×15×2
6.1
1623.67
沉箱竖加强角
0.5×0.22×60×（10.25×15+4.35×25）
（0.35×2+0.2×4）×14.6×3×3×15
6.1
13224.80
沉箱底板
10.1×0.4×13×15=787.8
6.1
4805.58
沉箱前、后趾
0.5×（0.5+0.8）×1.05×13×15×2=266.18
6.1
1623.67
沉箱竖加强角
0.5×0.22×14.6×60×15=262.8
6.1
1603.08
沉箱底加强角
0.5×0.22×（3.5+2.8）×10×3×15=56.7
6.1
345.87
沉箱内填石1
8.7×14.6×5×11
2.9
20259.69
沉箱内填石2
8.7×14.6×5×11
6.1
42615.21
沉箱内填石3
8.7×14.6×墙1
5.1×(1.39×24+0.81×14)×13=2963.61
“港口航道工程学”课程设计说明书
某港口沉箱码头初步设计
专业：港口海岸及治河工程
姓名：
学号：
班级：
指导老师：张劲松田兴参
2013年1月19日
一、设计目的和要求
本课程设计的目的，是通过对某市和尚岛港区沉箱码头部分水工结构的设计，进一步掌握所学《港口航道工程学》这门课程的主要内容，并初步学会运用有关专业课、技术基础课的理论去解决实际工程问题，训练编写设计说明书、绘制港口水工建筑物图纸的能力和技巧，以及培养正确的设计思想，熟悉有关的设计规范等。
9.3
73126.45
胸墙1
5.1×2.2×24×13
3.075
10764.47
胸墙2
5.0×1.1×24×13
8.125
13942.5
沉箱上填石1
5.1×2.2×18×13
7.53
19769.87
沉箱上填石2
5.0×1.1×18×13
8.345
10740.02
沉箱后踵填石
0.5×(14.2+14.5)×13×11
10.56
21669.65
合计
42732.03
——
269346.8
延米自重
3287.08
20718.98
③校核高水位（+4.83m）下自重计算：
计算项目
自重力G计算式（KN）
力臂（m）
稳定力矩（KN·m）
沉箱前后壁、纵隔墙
1.1×13×14.6×15=3131.7
6.1
19103.37
沉箱侧板、横隔墙
6.1
1813.90
沉箱底加强角
0.5×0.22×（3.5+2.8）×10×3×15
6.1
345.87
沉箱内填石1
8.7×5×（10.25×11+4.35×18）
2.9
24100.96
沉箱内填石2
8.7×5×（10.25×11+4.35×18）
6.1
50694.87
沉箱内填石3
8.7×5×（10.25×11+4.35×18）
-
可变作用
6.86
6.86
114.63
8.35
957.16
-
（
已知船舶系缆力P=350kN,α=30°，β=15°，作用在地面码头以上0.45m处。挤靠力和撞击力忽略不计。则：
垂直于码头前沿线的横向分力Nx和垂直于码头断面的竖向分力Nz：
其中Nx=Psinαcosβ=169.04（kN）
Nz=Psinβ=90.59（kN）
二
1
（
沉箱长度由施工设备搬运能力，施工要求和码头变形缝间距确定。该码头的施工条件良好，没有特殊的要求和限制。重力式码头变形缝间距一般采用10~30m，缝宽2～5cm，考虑到泊位长度为235m，取单个沉箱的长度为13.0m，缝宽5cm，沿码头线布置20个规格一致的沉箱。
箱顶高程取决于基床顶面高程和沉箱顶面高程。基床顶面高程取港池底高程-11.5m；胸墙为现浇筑混凝土施工，胸墙底面高程不应低于混凝土浇筑的施工水位2.5m，这里取胸墙底面高程为3m。为了与胸墙整体连接，沉箱的顶部宜嵌入胸墙内0.3~0.5m，这里取0.5m。
在计算可变作用土压力时将可上下看做一层。在计算永久作用土压力时将墙后填料分为2层，码头地面至水位为第一层；水位铅直向下至水底为第二层；
第n层填料顶层的土压力强度可按下式计算：
永久作用： （墙后填土自重产生）
可变作用：
第n层填料底层的土压力强度可按下式计算：
永久作用：
可变作用：
第n层填料的土压力合力河岸下式计算：
另外，在构件连接处，设置20cm×20cm的加强角以减少应力集中。
（
胸墙底部高程应尽量降低，以增加码头的整体性和稳定性。依前面所讲，胸墙底部高程初步定为3m，顶宽1m。
（
基床采用明基床形式，基床底部高程为-15.00m，故基床厚度为3.5m；基床外肩宽取2.5m，内肩宽取2.0m