论文总字数：70189字

摘 要

本次毕业设计的题目是《上海港某港池码头设计》。

设计内容主要包括码头选型、断面设计、码头结构计算，各构件的配筋以及整体的稳定性验算。根据所给资料，计算设计高低水位、确定码头前沿高程、绘制码头断面图。根据所给的船舶资料进行船舶荷载的计算，确定护舷的类型。面板的设计中主要包括面板的单双向确定，施工期按简支板计算，使用期按连续板计算，板的吊运验算。纵梁按五跨连续梁计算，主要荷载来自门机，利用影响线方法，将门机荷载的作用情况组合在一起，确定最不利情况，进行配筋及验算。横梁的计算是本次设计的重点以及难点，利用五弯矩方程堆不同荷载下的情况进行计算，用最不利情况下的荷载值进行配筋计算。

最后是对结构设计进行优化，后通过设计计算式、平面图、断面图、立面图、配筋图完成本次的毕业设计。

关键字：高桩码头，轨道梁设计，横梁设计，配筋计算

Design of One of the Berths in Shanghai

Abstract

In this graduation project, we will design one of the berths in Shanghai.

The main content of this design includes the structure type choosing, structure calculation, cross section design, reinforcement of the members and global stability problem. According to the information given, we can calculate the highest and the lowest design water level, work out the elevation of wharf apron, draw a profile. We will work the loads on ships out and choose the type of fender. Panel design mainly includes the single and double panel determined, the construction period is calculated by simply supported plate, by continuous slab is calculated using period, lifting calculation sheet. Longitudinal beam is calculated for five span continuous beam, the main loads from the door machine, using influence line method, the checking. Beam calculation is the key and difficult point of the design, using three bending moment equation of loads of different conditions to do the calculation, reinforcement with the most disadvantageous load case value.

Finally, the structure is optimized, and the result of the project includes calculations, plane graphs, section profiles, elevation plan, and reinforcement plan.

目录

第一章 绪论 1

1.1、项目背景 1

1.2、设计任务 2

1.3、建设规模 2

1.4、设计依据 2

第二章 自然条件 3

2.1、工程地理位置 3

2.2、工程地质 4

2.3、自然条件 5

2.3.1、气象 5

2.3.2、水文 6

2.3.3、地震 6

2.3.4、港口作业天数 6

第三章 码头总平面布置 7

3.1、总平面布置的原则 7

3.2、设计依据 7

3.3、码头总平面设布置 7

3.3.1、水位资料 7

3.3.2、计算码头设计标高 7

3.3.3、计算码头前沿水深 7

3.3.4、计算码头前沿泥面线标高 7

3.4、码头装卸工艺 7

3.5、泊位数 7

3.6、码头平面尺寸的确定 8

3.6.1、码头泊位长度 8

3.6.2、码头建筑物长度 8

3.6.3、码头顶高程 8

3.6.4、码头宽度 8

3.6.5、引桥宽度 8

3.6.6、系船柱尺度 8

3.7、码头水域计算 8

3.7.1、停泊宽度 8

3.7.2、回旋水域 8

第四章 设计参数及荷载 9

4.1设计参数 9

4.2、永久作用 9

4.3、可变作用 9

4.4、船舶荷载 9

4.4.1、风对船舶的作用力 9

4.4.2、水流对船舶作用力 10

4.4.3、系缆力 10

4.4.4、挤靠力 10

4.4.5、撞击力 10

第五章 方案比选 12

5.1、拟定结构方案 12

5.2、方案比较 12

5.3、经济性比较 12

第六章、典型面板内力计算 13

6.1、计算原则 13

6.2、计算跨度 13

6.3、荷载作用 13

6.3.1永久作用 13

6.3.2可变作用 13

6.4、内力计算 14

6.4.1短暂状况（施工期） 14

6.4.2预制板吊运 14

6.4.3持久状况（使用期） 15

6.5、荷载组合 23

6.6、面板配筋 23

6.6.1.正截面抗弯计算 24

6.6.2.裂缝宽度验算 25

6.6.3.受冲切承载力计算 26

6.6.4.斜截面剪力验算 27

6.6.5.吊环设计 27

第七章 典型纵梁（轨道梁）内力计算 28

7.1、计算原则 28

7.2、计算跨度 28

7.3、荷载作用 28

7.3.1.永久作用 28

7.3.2.可变作用 28

7.4、内力计算 28

7.4.1.施工期 28

7.4.2.使用期 29

7.5、作用效应组合 33

7.6、纵梁配筋 34

7.6.1承载能力极限状态验算 34

7.6.2、正常使用极限状态验算 36

第八章 典型横梁内力计算 44

8.1、计算原则 44

8.2、计算特征及参数 44

8.2.1混凝土的弹性模量 44

8.2.2计算跨度 44

8.2.2截面特性 44

8.2.4基桩特征 45

8.3、荷载作用 47

8.3.1永久作用 47

8.3.2、可变作用 48

8.4内力计算 49

8.4.1计算原理及公式 49

8.4.2施工期内力计算 50

8.4.2、使用期内力计算 53

8.5、荷载组合 69

8.6、配筋计算 69

8.6.1、施工期横梁配筋 69

8.6.2、使用期横梁配筋 70

8.6.3、抗裂验算 72

8.7、桩基计算 72

8.7.1承载能力验算 72

8.7.2桩长验算 73

第九章 附录 74

9.1、轨道梁门机荷载影响线量值计算程序代码 74

9.1.1、概述 74

9.1.2、C 源代码（编译软件：Code::blocks） 74

致谢 79

第一章 绪论

1.1、项目背景

20世纪初，黄浦河道局对吴淞口和黄浦江的局部河段进行了整治和疏浚，万吨级船舶可以乘潮进入黄浦江，适应了当时船型发展和经济发展的要求。20世纪30年代，上海港已经成为远东航运中心，年货物吞吐量一度高达1400万吨；船舶进口吨位居世界第七位，上海成为世界上重要的港口城市。

1949年5月上海解放，上海港的历史从此揭开了新的一页。经过解放初的三年恢复期，70年代大建港和党的十一届三中全会以后的建设，上海港有了很大的发展。特别是改革开放以来，上海港在上海市政府和交通部支持下，在黄浦江内新建了张华浜、军工路、共青、朱家门、龙吴五个港区，在长江口南岸建了宝山、罗泾和外高桥港区。此外，宝钢集团、石洞口电厂、外高桥电厂等也各自建了专用码头，上海港吞吐能力不断扩大，对上海市的建设和长江流域以及全国经济发展发挥了重要的促进作用。

1995年12月，党中央、国务院作出了建设上海国际航运中心的战略决策。并开始进行长江深水航道治理工程。2005年12月10日，洋山深水港区一期工程建成投产，洋山保税港区同时启用，标志着上海国际航运中心建设取得重要的阶段性成果。经过半个多世纪的建设和发展，上海港已成为一个综合性、多功能、现代化的大型主枢纽港，并跻身于世界大港之列。截止至2006年底，上海港海港港区拥有各类码头泊位1140个，其中万吨级以上生产泊位171个，码头线总长为91.6公里。按照码头使用性质分类：公用码头泊位175个，码头线长度为24.6公里，其中生产泊位121个，码头线长度为22.2公里，年货物吞吐能力17051万吨；货主专用码头泊位965个，码头线长度为67公里，其中生产泊位495个，码头线长度为38.2公里。

上海港内河港区有码头泊位818个，最大靠泊能力3000吨级。2006年上海港完成货物吞吐量5.37亿吨。其中，海港货物吞吐量4.7亿吨，继续保持世界第一大货运港地位；内河港口完成货物吞吐量0.67亿吨。完成外贸货物吞吐量2.13亿吨，其中，外贸出口1.03亿吨，外贸进口1.1亿吨。完成集装箱吞吐量2171.9万标准箱，占全国规模以上港口集装箱量的24%，在世界集装箱港口中继续位居第三。集装箱吞吐量中，内支线集装箱量202.6万标准箱，国际中转箱78.5万标准箱，内贸集装箱吞吐量313.7万标准箱。截止2006年底，上海港集装箱班轮航班达到每月2106班，其中，远洋航线498班，近洋航线535班，内支线794班，内贸航线每月279班。

上海港位于长江三角洲前缘，居我国18000公里大陆海岸线的中部、扼长江入海口，地处长江东西运输通道与海上南北运输通道的交汇点，是我国沿海的主要枢纽港，我国对外开放，参与国际经济大循环的重要口岸。上海市外贸物资中99%经由上海港进出，每年完成的外贸吞吐量占全国沿海主要港口的20%左右。上海港也是世界著名港口，运输量为世界第一。

上海港依江临海，以上海市为依托、长江流域为后盾，经济腹地广阔，全国31个省市（包括台湾省）都有货物经过上海港装卸或换装转口。上海港的主要经济腹地除了上海市以外，还包括江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、四川等省和重庆市。上海港的水陆交通便利，集疏运渠道畅通，通过高速公路和国道、铁路干线及沿海运输网可辐射到长江流域甚至全国，对外接近世界环球航线，处在世界海上航线边缘。另外，上海还有发达的航空运输。

1.2、设计任务

工程位于长江口南支南港南岸的五号沟地区。本设计的主要任务为，对码头工程进行总平面布置，泊位长度计算，码头前沿水域的水深等的计算，以便进行码头平面的布置；并对设计方案进行初步比选；以及典型的码头面板、纵梁和横梁的受力和内力计算，再对指定结构进行配筋计算；最后绘制相关施工图。并在此基础上独立撰写毕业论文和设计说明书。

1.3、建设规模

表1-1 设计船型表

1.4、设计依据

甲方的设计任务委托书

《水运工程混凝土结构设计规范》（JTS151-2011）

《高桩码头设计与施工规范》（JTS167-1-2010）

《海港总体设计规范》（JTS165-2013）

《港口工程荷载规范》（JTS 144-1-2010）

《港口工程桩基规范》（JTS 167-4-2012）

《港口工程地基规范》（JTS147-1-2010）

第二章 自然条件

2.1、工程地理位置

新建码头位于长江口南支、南港南岸的五号沟地区。

（1）河口概况

近2000年，长江河口的发育模式呈单向演变性质，代表了长江口演变的总趋势主要有以下4个变化特征：1) 向外延伸，河口束窄；2) 南岸边滩推展，河口向南偏转；3) 北岸沙岛并岸； 4) 江面束狭，河槽加深。长江口三级分汊、四口入海的总格局是在特定条件下形成的，由于边界条件的变化，这种格局将会保持长期稳定。

历史上南支上段河势的不稳定是南支下段各汊道河势变化的主要原因。在徐六泾节点形成后，南支上段河势不稳定的原因已消除，南支上段河势将会保持相对稳定。局部河势，特别是南、北港及南、北槽分汊口的局部河势变动因素仍然存在。南港深槽长期稳靠南岸，而北港深槽存在周期性南、北易位。上游河段河势的变化对北槽的影响较北港和南槽明显为小，在3条主要入海汊道中，北槽的河势稳定性最好。

（2）河床演变

长江口泥沙主要来自长江流域。流域来沙经沿程分选，至长江口主要以悬移方式输运入海，较粗部分沉积在口外三角洲；细颗粒则被带到外海。在河口地区水动力条件下，咸、淡水交汇，形成河口环流系统并产生细颗粒泥沙絮凝沉降。长江口南支水域水体含沙量总体上上游来沙关系密切，呈洪季大、枯季小的变化特点。但口外水体含沙量则更易受风浪和潮流动力条件控制，表现为枯（冬）季大，洪（夏）季小；大潮大、小潮小；大潮涨潮含沙量明显大于落潮。同级汊道相比，北支含沙量高于南支；北港高于南港；南槽高于北槽。

长江口河床历史演变规律近2000年，长江河口的发育模式呈单向演变性质，代表了长江口演变的总趋势，主要有以下4个变化特征：1) 向外延伸，河口束窄；2) 南岸边滩推展，河口向南偏转；3) 北岸沙岛并岸；4) 江面束狭，河槽加深。长江口三级分汊、四口入海的总格局是在特定条件下形成的，由于边界条件的变化，这种格局将会保持长期稳定。

历史上南支上段河势的不稳定是南支下段各汊道河势变化的主要原因。在徐六泾节点形成后，南支上段河势不稳定的原因已消除，南支上段河势将会保持相对稳定。局部河势，特别是南、北港及南、北槽分汊口的局部河势变动因素仍然存在。南港深槽长期稳靠南岸，而北港深槽存在周期性南、北易位。上游河段河势的变化对北槽的影响较北港和南槽明显为小，在3条主要入海汊道中，北槽的河势稳定性最好。

（3）河床发展趋势

南港近期河势演变特点为，在人工采砂（2000—2005年）和自然冲刷的共同作用下，瑞丰沙中、下沙体缩小，南港南侧近岸大幅淤积，南港中、下段深泓北偏于三期工程原设计航槽的北侧。同时，12.5 m深槽上缩。与三期工程初步设计阶段相比，上述变化已增加12.5 m深水航道（三期内航道）的基建工程量，并将对后期的维护产生影响。同时，导致了外高桥四、五期码头和进港航道的淤积。由于，瑞丰沙中、下沙体的缩小，其“挡沙”功能基本消失，南港进入北槽的泥沙增多，北槽分沙比会有所增大，对北槽深水航道的长期维护不利。

在不采取工程措施的前提下，未来，南港瑞丰沙残余沙体仍会呈微冲态势，南岸外高桥四～六期码头前沿自然水深维持在9.5 m左右，南港12.5 m深水航道（三期内航道段）需适量疏浚才能维持相应水深。

2.2、工程地质

（参考给定地质资料）

2.3、自然条件

2.3.1、气象

（1）气温

极端最高气温： 38.9℃（1953.8.25）

极端最低气温： -10.1℃（1977.1.31）

年平均气温： 15.7℃

（2）降水

年平均降水量： 1123.7mm

日降水量≥25mm的年平均天数： 9.2d

日降水量≥50mm的年平均天数： 2.6d

本地区降水年内分布不均，夏季6～8月份降水最多，约占全年降水量的40%～48%；12～1月份降水最少，仅占全年降水量的10%左右。

（3）风

风况：

本区位于副热带季风气候区，风向受季节影响比较明显，春、夏季多盛行SE向风，秋、冬季则多为N、NNW向风。根据高桥水文站多年资料统计分析，本区常风向为SE向，出现频率为12%；次常风向为N向，出现频率为9.1%。强风向为NNE向，最大风速为30m/s；次强风向为NNW向，最大风速为25m/s。

本港区每年大于6级风的出现日数平均为6d，大多数出现在7月 ～9月，以偏N向和偏S向为主，一般为台风引起。

三十年一遇设计风速：29.23m/s。

台风：

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