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1、第四节 板梁式高桩码头的计算,高桩码头结构上的作用效应应按极限状态和设计状况进行组合。 高桩码头的4种设计状况：持久状况、短暂状况、偶然状况和地震状况。,按承载能力极限状态设计的有： 结构的整体稳定、岸坡稳定、挡土结构抗倾和抗滑移等; 构件的受弯、受剪、受冲切、受压、受拉和受扭等; 桩和柱的压屈稳定; 桩的承载力等。 按正常使用极限状态设计的有: 混凝土构件的抗裂或限裂; 装卸机械有控制变形要求时梁的挠度; 码头结构的水平位移; 装卸机械作业引起结构振动等。,板梁式高桩码头上部结构的计算。 上部结构的计算：面板、纵梁（门机梁等）、横梁和靠船构件。 横梁与基桩一起构成横向排架，横梁的内力通过横向
2、排架的计算求得。,一、 面板内力计算,可按弹性薄板小扰度理论以静力分析法进行数值计算，也可按面板的支承情况分为单向板和双向板按简支法计算。 1.计算图式和计算跨度 计算图式 单向板：简支板、悬臂板和连续板； 双向板：四边简支、四边固定、三边简支一边自由和三边固定一边自由等。 在计算时应根据实际的结构形式、板的尺寸及其周边支承情况和板间连接情况等因素来合理选择计算图式。,支承情况 两边支承、两边自由板：为单向板，如空心板。 四边支承板：la/lb2按单向板，la/lb2按双向板。 支承构造 简支板、悬臂板和连续板的判别：主要根据板和板之间、板 与梁之间的连接构造来确定。 简支板：在支座处自由搁置
3、或简单连接； 连续板：在支座处整体连接； 悬臂板：板的一边与梁整体连接，而另三边自由。 计算同简支梁、连续梁和悬臂梁。,计算跨度 简支板和连续板的计算跨度与板形、计算内力种类、板厚和搁置长度有关。 在确定板的计算跨度时，应考虑支座对板的影响，计算跨度分弯矩计算跨和剪力计算跨。,2.集中荷载的接触宽度和传递宽度 集中荷载作用在面板上时具有一定的接触面积,其宽度即是接触宽度。一般取接触面积的中心作为集中荷载的作用点位置。 当面板(单向板或双向板)上有垫层时,集中力经垫层传到面板,一般假定按 45分别向两个方向传递。,设集中荷载的接触宽度为a0b0，垫层厚度为hs，则传递宽度（传递到面板上的传递宽）
4、 单个集中荷载作用时： 顺板跨方向a1a02hs,多个集中荷载作用时，且轮距较小，传递范围相互重叠： a1a02hsS 垂直板跨方向集中荷载传递宽度的计算方法和平行板跨方向相同,其接触宽度和传递宽度分别为 b0和 b1,传递以后的荷载强度q0 q0P/（a1b1）， P传递范围内的集中力总和。,3.集中荷载作用下板的计算宽度 影响有效分布宽度的主要因素: 宽跨比； 板厚； 荷载接触面积； 荷载作用位置。,1)集中荷载作用下单向简支板和连续板计算宽度 板的有效工作布宽度（计算宽度）b主要决定于荷载作用的位置和大小，板的计算跨度以及板的支承情况。,考虑实际情况的诸多因素，并便于计算，规范规 定简支
5、板和连续板的工作宽度可按如下计算： 中置荷载（荷载接触面积中心位于1/2 板宽至 y0.5bc）的弯矩计算宽度： 偏置荷载（荷载接触面积中心位于自由边附近， 且y0.5bc）的弯矩计算宽度：,当有多个集中荷载同时作用，弯矩计算宽度重叠时，其计算宽度取bcS，S为最外面集中荷载的中心距离：,单向板集中荷载作用下的剪力计算宽度 平行板跨方向的剪力计算宽度： 垂直板跨方向的剪力计算宽度 、中置荷载（荷载位于l/2板宽附近，且y0.3x1.8h0） 的剪力计算宽度： 式中：h0板的有效高度（m）； 、偏置荷载（荷载位于自由边附近，且y0.3x1.8h0） 的剪力计算宽度：,2)集中荷载作用下悬臂板的弯
6、矩计算宽度 平行悬臂方向: ac=a1 垂直板的悬臂方向: bc=b1+2x,4.内力计算 1)单向板计算 板的计算宽度:均布荷载下取单宽(1m),集中荷载作用下取计算宽度。 简支板、悬臂板、自由搁置在梁上的单向连续板可按一般的简支梁、悬臂梁、连续梁计算。 与梁整体连接的单向连续板,其弯矩按系数法计算: M= mM0 式中:M跨中或支座计算弯矩设计值(kNm); M0按简支板计算时跨中最大弯矩设计值(kNm); m弯矩系数。,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。,2) 双向板的计算
7、双向板为双向受力，需双向配筋，双向钢筋既是受力 钢筋，又是分布钢筋，故较为经济，但双向板只能做非预 应力。关于双向板的计算属于弹性薄板理论课题，其计算 较为复杂。 关于双向板弯矩计算查高桩码头设计与施工规范 （附录B）或建筑结构静力计算手册。,四边简支板承受集中荷载时产生的跨中弯矩 Ma和 Mb可按高桩码头设计和施工规范附录 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
8、承板承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和施工规范。,备注： 双向板的剪力计算近似按两个方向的单向板进行计算， 分配到两个方向单向板上的荷载可按跨中挠度相等的原则 求得： 假设四边简支板，跨径为la、lb，当板中心处作用一集 中力 P时，设分配到两个方向的单向板的荷载为Pa、Pb，板 中心的两个方向的挠度：,根据：,对均布荷载： 根据 得到：,二. 纵梁的计算,1.计算图式和计算跨度 计算图式 简支梁支座处断开。 连续梁支座处整体连接: 支承于桩帽上的连续纵梁，其内力应按弹性支承连续梁计算。 支承于横梁上的装配整体式纵梁，具有弹性支承性质，按弹性支承连续梁计算。,
9、JTS167-1-2010高桩码头设计与施工规范,2.计算荷载 纵梁的计算荷载包括: 纵梁自重; 直接作用在纵梁上的使用荷载(例如门机荷载);由面板自重及面板上使用荷载产生的面板支座反力。 单向板的支座反力。 双向板的支座反力, 一般用 近似法求得。 在满布均布荷载作用下, 按图示将荷载分配到 纵梁和横梁上。 集中力作用下的支座反力可按 求双向板剪力的方法求得。,三、横梁排架的计算,横向排架由基桩和联结基桩的上部结构构件组成。 梁板式：横梁桩基； 框架式：桁架桩基 无梁板式：横向板带桩基； 承台式：承台桩基 横向排架是高桩码头的主要受力单元，计算它的目的是 为了求得桩基和连接桩基的构件的内力。
10、,1.计算图式 1）计算段长 计算中：取一代表排架计算内力，计算段长取排架间距； 端排架的内力计算另行考虑；,2）桩台刚度 桩台根据刚度可分为三类： 刚性桩台：EI，在外荷载作用下，桩台只发生变位（水平、竖向和转角），不发生变形，适用于框架时式码头和承台式码头的上部结构； 柔性桩台：桩台有一定刚度，受力后桩台不仅产生变位，且发生变形。适用于梁板式高桩码头的横梁和无横梁式高桩码头的横向板带；,5） 桩的受弯计算长度 排架中的受弯计算长度等于桩的自由长度加上桩在土中 的嵌固点深度之和。嵌固点深度理论上应根据竖向弹性地基 梁的计算方法确定（m法、有限元法），即找到入土的变形第 一零点。规范在m法基础
11、上，给出了弹性长度受弯嵌固点 深度的经验公式： 式中： 反映桩顶与桩台嵌固程度和桩的自由长度大小的 系数，1.82.2。 T桩的相对刚度系数（m）。,(二)计算荷载及其效应组合 横向排架上的作用可分为三类:上部结构自重力、固定设备自重力等永久作用;堆货荷载、起重运输机械荷载、铁路荷载、船舶荷载、施工荷载和波浪力等可变作用;地震作用等偶然作用。 梁板的布置方式对面板上荷载的传递方式有很大影响,也因此影响到横向排架的计算。 例如,面板直接搁置在横梁上时,荷载由面板横梁,为均布力。 面板四边支承时,如果是单面板,荷载由面板纵梁横梁,为集中力;如果是双向板,则一部分荷载由面板纵梁横梁,为集中力,另一部
12、分荷载直接由面板横梁,为分布荷载(三角形分布或梯形分布)。,当系缆力和撞击力作用在上部结构为整体连接的码头上时,可将码头上部结构在水平方向视为一个以排架基桩作为支承点的连续梁,按弹性支承刚性梁计算。当码头排架间距和支承点的水平反力系数(排架基桩在水平方向单位力作用下的变形)相等或相近时,水平集中力的横向分力在排架中的分配系数可按高桩码头设计和施工规范附录 A确定。 根据系船柱的高矮,系缆力作用在码头面以上0.30.5m处。撞击力的作用点位置见本节靠船构件的计算。 作用效应组合: 以上各种作用应根据可能出现的最不利情况进行布置和组合。不可能同时出现的作用不应组合。有些作用虽然可能同时出现,但可变
13、作用效应组合时应分清主导作用和非主导作用。,3.柔性桩台横向排架的计算 横向排架内力宜按柔性桩台计算。 板梁式码头中,由叉桩和直桩支承的横梁是常见的结构型式。 由叉桩和直桩支承的横梁,在进行横向排架计算时,可假定桩两端为铰接。在垂直荷载(包括水平力对横梁中和轴产生的力矩)作用下,横梁可按弹性支承连续梁计算,水平力由叉桩承受。 桩与横梁采用嵌固连接的全直桩码头, 可按考虑桩土共同作用的刚架进行计算,或按具有弹性支承的刚架进行计算。 但对于一些特殊的结构(如采用半叉桩、斜桩等)应采取相应的计算方法。,1）由直桩和叉桩支承的横梁计算 在垂直荷载(包括水平力对横梁中和轴产生的力矩)作用下,由直桩和叉桩
14、支承的横梁按弹性支承连续梁计算,一般采用五弯矩方程求解。（对于不等跨或非等截面的横梁,五弯矩方程的一般形式可参阅结构力学书籍。） 实际工程中常见到的是等跨、等截面梁,此时五弯矩方程为:,如令 n=2、3、4 K-1,可得(K-2)个中间支座截面的五弯矩方程式,联立求解,即可得横梁各中间支座的弯矩值。 根据中间支座弯矩可求得横梁各断面的弯矩和支座反力,再进一步求得横梁各断面的剪力和桩的轴向力。 计算所得的直桩支座反力就是直桩桩力,而叉桩桩力可由支座反力和桩顶水平力求得。当横向排架中有两组以上叉桩时,水平力按叉桩的横向刚度系数分配。,桩和支座的轴向反力系数确定如下。 （1）桩的轴向反力系数：桩顶在
15、单位轴向力作用下产生的轴向位移。 摩擦桩应根据试桩资料确定,如无试桩资料,可按下式计算:,(2)支座的竖向压缩系数 对于第 n支座的直桩,桩的轴向反力系数就是支座竖向反力系数 Kn,双直桩的支座竖向反力系数为Kn/2 (此时 Kn应考虑群桩影响)。叉桩支座竖向反力系数可近似采用下式计算:,2）全部由直桩支承的横梁计算 按弹性支承的刚架计算,五、靠船构件的计算 靠船构件主要承受撞击力或挤靠力。 撞击力较大,故一般取撞击力作为设计荷载。 悬臂梁式和悬臂板式靠船构件分别按悬臂梁和悬臂板计算。 对于悬臂梁式靠船构件,全部船舶撞击力应由一个构件承受。船舶斜向靠岸时,如与码头前沿线夹角较小,还应考虑撞击力
16、产生的水平摩擦力和由此而引起的扭矩作用。故悬臂梁式靠船构件一般按双向受弯、受扭构件设计。如有可靠的纵向水平支撑也可按单向受弯构件设计。,撞击力的作用点位置:应根据水位和防护设备情况确定。对悬臂式结构,撞击点的位置越低越不利,因此一般假定撞击力作用在设计低水位以上第一排防冲设施上。 船舶撞击力通过防护设备作用在靠船构件上,实际的荷载接触面积根据不同的防护设备而定。例如采用橡胶筒时,接触面积为橡胶筒直径乘其长度。,第五节 高桩码头构件强度和整体稳定验算,一、构件强度和抗裂计算 1. 钢筋砼构件的砼强度等级 高桩码头的混凝土对不同构件采用不同的强度等级,并不得低于下表 的规定,同时还要考虑混凝土耐久性的要求。,2、 钢筋砼构件的配筋 一般情况下,钢筋混凝土构件按使用期产生的内力进行强度配筋和抗裂验算。 对于预制安装构件,尚应按短暂
