港口工程复习思考题-(含答案)

《港口工程》复习思考题考试用教科书：《港口与海岸水工建筑物》，王元战主编，人民交通出版社1.按结构型式划分码头有哪几种？画出至少3种码头结构横断面简图（码头结构型式不限）。

按结构型式划分码头可分为重力式码头、板桩码头、高桩码头和混合式码头等。

2.码头由哪几部分组成？各部分的作用是什么？码头由主体结构和码头设备两部分组成。

主体结构又包括上部结构、下部结构和基础。

主体结构中上部结构的作用是：①将下部结构的构件连成整体；②直接承受船舶荷载和地面使用荷载，并将这些荷载传给下部结构；③作为设置防冲设施、系船设施、工艺设施和安全设施的基础。

它位于水位变动区，又直接承受波浪、冰凌、船舶的撞击磨损作用，要求有足够的整体性和耐久性。

下部结构和基础的作用是：①支承上部结构，形成直立岸壁；②将作用在上部结构和本身上的荷载传给地基。

高桩码头设置独立的挡土结构，板桩码头设置拉杆、锚碇结构，分别是为了挡土或保证结构的稳定。

3.作用在码头结构上的作用如何分类？各分类中分别分为哪几种作用？试述船舶荷载的主要影响因素和分析计算的思路与方法。

作用在码头上的作用可按时间的变异、空间位置的变化和结构的反应进行分类，分类的目的主要是作用效应组合的需要。

按时间的变异可将作用分为永久作用、可变作用和偶然作用三种。

在设计基准期内，其量值随时间的变化与平均值相比可忽略不计的作用称为永久作用，如自重力、预加应力、土重力及由永久作用引起的土压力等。

在设计基准期内，其量值随时间变化与平均值相比不可忽略的作用称为可变作用，如堆货荷载、流动起重运输机械荷载、可变作用引起的土压力、船舶荷载、波浪力等。

在设计基准期内，不一定出现，但一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用称为偶然作用，如地震作用。

按结构预期使用寿命规定的时间参数为设计基准期港口工程结构可靠度设计统一标准》规定港口工程钢筋混凝土结构的设计基准期为50年。

按空间位置的变化将作用分为固定作用和自由作用两种。

在结构上具有固定分布的作用称为固定作用，如结构自重力、固定设备自重力等。

在结构的一定范围内可以任意分布的作用称为自由作用，如堆货、流动起重运输机械荷载等。

按结构的反应将作用分为静态作用和动态作用两种。

加载过程中结构产生的加速度可以忽略不计的作用称为静态作用，如自重力、土压力等。

加载过程中结构产生不可忽略的加速度的作用称为动态作用，如船舶撞击力、汽车荷载等。

4.港口水工建筑物结构的设计状况分为哪三种？对每一种设计状况加以解释说明，并叙述每一种设计状况所对应的作用组合。

港口水工建筑物结构的设计状况分为持久状况、短暂状况偶然状况。

正常条件下，结构使用过程中的状况为持久状况，按承载能力极限状态的持久组合和正常使用极限状态的长期组合或短期组合分别设计。

结构施工和安装等持续时间较短的状况为短暂状况，对此状况宜对承载能力极限状态的短暂组合进行设计，必要时可同时对正常使用极限状态的短暂状况进行设计。

在结构承受设防地震等持续时间很短的状况为偶然状况，应按承载能力极限状态的偶然组合进行设计。

5.叙述重力式码头的特点及其工作原理。

重力式码头其结构坚固耐久，抗冻和抗冰性能好；能承受较大的地面荷载和船舶荷载，对于较大的集中荷载以及码头地面超载和装卸工艺变化适应性较强；施工比较简单，维修费用少。

重力式码头是依靠自身重量维持稳定，要求地基有较高的承载能力。

6.重力式码头的一般计算项目有哪些？基床应力验算时应考虑哪几种计算工况进行作用效应组合？画出对应的地面分布荷载应如何布置？重力式码头的一般计算项目有:1、对墙底面和墙身各水平缝及齿缝计算面前趾的抗倾稳定性2、沿墙底面、墙身各水平缝和基床底面的抗滑稳定性3、基床和地基承载力4、整体稳定性5、墙底面合力作用点位置6、构件（卸荷板、沉箱、扶壁、空心块体和大圆筒）的承载力7、码头施工期稳定性和构件承载力验算8、地基沉降验算基床应力验算应考虑三种计算工况进行作用效应组合：1、持久状况；2、短暂状况；3、偶然状况。

码头地面荷载为活荷载时，应根据不同的计算项目，按最不利情况进行布置。

堆货荷载一般有以下三种布置方式：①作用在码头上的垂直力和水平力（以土压力为主）都最大，用于验算基床和地基的承载力及计算建筑物的沉降和验算整体滑动稳定性。

如图a)。

②作用在码头上的水平力最大、垂直力最小，用于验算建筑物的滑动和倾覆稳定性；如图b)。

③作用在码头上的垂直力最大、水平力最小，用于验算基底面后踵的应力，如图c)。

7.比较方块码头和沉箱码头的优缺点，分析图1所示方块码头的主要缺点，并提出两种以上改进措施。

方块码头主要有阶梯形、衡重式和卸荷板式三种。

58年后的重力式码头一般都是卸荷板式码头。

由于卸荷板的遮掩作用，减小了作用在墙后的土压力，基底应力比较均匀，断面和底宽大大减小，使结构工程量节省，也使横断面中有可能每层只采用一块方块，结构的整体稳定性也较好。

但衡重式和卸荷板式码头的断面因结构重心靠上，抗地震性能差。

沉箱码头的水下工作量小，结构整体性好、抗震性能强，施工速度快，但其耐久性不如方块码头，需要钢材多，需要专门的施工设备和合适的施工条件。

一般在当地有可用于预制沉箱的设施或工程量大、工期短的大型码头选用沉箱结构。

图1所示方块码头是阶梯形码头，其主要缺点有：1、方块数量、种类和层数均较多，横断面方向的整体性差，而且基底应力不均匀；2、倒滤层顶面位置设置不合理；3、没有错缝安放方块；4、没有设置前趾。

改进措施：1、胸墙下方设置卸荷板；2、倒滤层必须高出卸荷板顶面；3、增大方块尺寸，减少方块的数量；4、设置前趾。

8.叙述板桩码头的工作原理及适用条件。

板桩码头主要靠板桩沉入地基来维持工作。

板桩码头建筑物主要是由连续的打入地基一定深度的板形桩构成的直立墙，墙体上部一般由锚碇结构加以锚碇。

板桩结构对复杂的地质条件适应性强。

但由于板桩是薄壁结构，抗弯能力有限，所以只用在中小型码头。

9.板桩码头主要由哪几部分组成？说明各组成部分的作用。

板桩码头主要由板桩墙、拉杆、锚碇结构、导梁、帽梁及码头设备等组成。

板桩墙的作用是构成直立的码头岸壁，并挡住墙后的土体。

锚碇结构的作用是为了减小板桩的入土深度和桩顶位移，改善板桩的受力状况，通过拉杆与板桩墙相连。

拉杆是板桩墙和锚碇结构之间的传力构件。

导梁在拉杆和板桩墙的连接处，使每根板桩都能被拉杆拉住。

板桩顶端用现浇混凝土做成帽梁，使板桩能共同工作和码头前沿线整齐。

排水孔设置在设计低水位附近，作用是减小或消除作用在板桩墙上的剩余水压力。

10.分析单锚板桩码头板桩墙的弯矩和变位随入土深度的变化情况，定性地画出板桩墙在不同工作状态下的土压力分布图、弯矩图和变位图。

第一种工作状态：板桩入土不深，由于墙后主动土压力的作用，板桩产生弯曲变形，并围绕板桩上端支承点转动。

此时板桩入土深度最小，板桩中只有一个方向的弯矩且数值最大，入土部分位移较大，所需板桩长度最短，但断面最大。

这种状态按底端自由计算。

第二种工作状态：其入土情况和受力情况介于第一种工作状态和第三种工作状态之间。

第三种工作状态：随着板桩入土深度增加，入土部分出现与跨中相反方向的弯矩，板桩弹性嵌固于地基中。

这种工作状态下按底端嵌固计算，算得的板桩断面较小，入土部分位移小，板桩墙稳定性较好。

第四种工作状态：与第三种工作状态类似，但入土深度更大，固端弯矩大于跨中弯矩，稳定性有富余。

11.单锚板桩墙的计算方法有哪些？叙述各计算方法的适用条件和罗迈尔法的计算要点。

单锚板桩墙常用的计算方法有弹性线法、竖向弹性地基梁法和自由支承法。

弹性线法仅用于单锚板桩墙的弹性嵌固状态，弹性地基梁法可适用于单锚和多锚板桩墙的任何工作状态，支承法仅适用于单锚板桩墙的自由支承工作状态。

罗迈尔法是弹性线法中的一种，仅用于单锚板桩墙的弹性嵌固状态。

其计算要点是：（1）墙前主动土压力和被动土压力都按古典土压力理论计算。

（2）板桩墙按底端嵌固、拉杆锚碇点的线位移为零的图式进行计算。

再根据受力平衡条件（∑H=0、∑M=0），可计算出板桩的入土深度、跨中弯矩及拉杆拉力。

根据设计经验，当进行初步计算时，为简化计算，可采用跨中最大正弯距为入土段最大负弯矩1.1～1.15倍的条件取代变形条件。

（3）考虑墙后土压力重分布和拉杆锚碇点的位移会使板桩墙跨中弯矩减小及拉杆拉力增大，将求得的跨中最大弯矩M max乘以折减系数ζ，求得的拉杆力乘以不均匀系数ζR，作为设计弯矩（M n）和设计拉杆拉力（R A）的标准值。

ζ一般取值0.7～0.8, ζR一般取值1.35。

板桩墙的入土深度还要满足“踢脚”稳定的要求，将按上述求得的两个入土深度进行比较，取大值作为板桩墙的设计入土深度。

12.高桩码头由哪几部分组成？说明板梁式高桩码头的工作原理。

高桩码头由主体结构和码头设备两部分组成，主体结构包括桩基、上部结构（如承台式、桁架式、梁板式、无梁板式）和接岸结构、岸坡等。

高桩码头的工作特点是作用在码头上部结构的荷载通过桩基传入地基的深层，从而维持结构的稳定。

对于梁板式高桩码头，竖向荷载直接作用在码头面，由面板传到纵、横梁，再传到基桩，最后由基桩传到地基的持力层；水平荷载作用在横向排架上，通过基桩传到地基的持力层。

13.板梁式高桩码头的面板、纵梁和横向排架通常采用什么方法进行计算？画出相应的结构计算简图，并说明简化理由。

一、面板计算1、单向板计算叠合板的自重及施工荷载产生的内力按简支板计算。

可变作用产生的内力，当板与梁整体连接时，可按连续板用弯矩系数法计算；当板不与梁整体连接时按简支板计算。

计算图式如下：单向连续板2、双向板计算由于计算比较复杂，弯矩一般采用系数查表法。

四边简支板承受集中荷载时产生的跨中弯矩Ma和Mb可按《高桩码头设计与施工规范》附录B计算。

当板与梁整体连接时，跨中弯矩采用0.525Ma和0.525Mb。

支座弯矩采用-0.75Ma和-0.75Mb。

四边支承板承受均布荷载产生的剪力可根据跨中挠度相等的原则，把均布荷载分配于两个位于跨中且相互正交的单位宽度的板条上，板条按简支梁的方法计算。

四边支承板承刚性支承连续梁 用三弯矩方程求解受集中荷载产生的剪力，按受冲切计算，其具体计算方法见《高桩码头设计与施工规范》。

计算图式：四边简支四边固结二、纵梁计算1、刚性支承连续梁按三弯矩方程求解，计算图式如下：2、弹性支承连续梁按五弯矩方程求解，计算图式如下：弹性支承连续梁 用五弯矩方程求解三、横向排架计算1、由直桩和叉桩支承的横梁计算计算图式为：采用简化法计算，简化法假定：（1）桩两端为铰接；（2）作用在横向排架上的水平力全部由叉桩承受；（3）作用在横向排架上的垂直力及力矩由横梁承受，横梁按（无侧移）弹性支座连续梁计算。

2、全部由直桩支承的横梁计算计算图式为：采用简化法计算。