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有限元软件MIDAS高桩框架直立式码头型式设计
前 言
自三峡大坝成功蓄水175m以后，库区航运条件大为改善，为树立科学的发展观和贯彻落实可持续发展战略，重庆市全面修订了或正在制定全市的航运发展规划、港口布局规划和主城港区、涪陵港区、万州港区的总体规划。万州新田港位于三峡常年回水区的新田镇，地处三峡库区腹心地带，下距宜昌 321 公里，上距重庆 327 公里，港口地理位置适中，可与长江沿线各地进行直达运输，是渝东、川东北、湘鄂、陕南、黔北等西南地区重要的物资出海通道。新田港通过万忠高速与渝宜、万达和万利高速相连，距万州五桥机场约20公里，与规划建设的万宜铁路五桥车站相距12公里，是支撑长江上游航运中心的九大铁公水枢纽型港之一。新田港的建设，将进一步提升重庆港水运服务能力和服务水平，增强万州港区在西部地区的集聚和辐射效应，并成为川东北、鄂西、陕南等西部地区通江达海的重要集并港，为万州加快建成重庆第二大城市奠定重要基础。通过设计高桩框架直立式集装箱码头结构型式，为内河港口码头建设提供合理的码头结构型式，使内河港口建设能够有一个跨越式的发展，促进重庆市航运中心的建设，实现长江干支流直达和江海联运，加速重庆市及西部其他地区的经济建设和社会进步，更好地使我国西部地区与国际接轨，适应和满足国际经济发展与合作。
本次设计采用高桩框架直立式码头型式，设计内容主要包括了五方面：新田码头工程的码头规模确定及平面布置方案；码头结构方案拟定及比选；推荐方案结构及构件内力计算；投资概算；绘制图纸等。本设计几乎概括了大学专业知识，是较全面的应用所学知识，因此，经过本次毕业设计的练习，不仅可以巩固所学知识，为以后的深造打下坚实的基础，而且若步入工作岗位，可以较快的适应工作，缩短理论到实践的过渡阶段。毕业设计的目的在于培养我们综合运用大学四年来所学的各种理论知识和基本技能来解决工程实际问题的能力，同时让我们对本专业的知识有了更深一步的了解，深刻体会到想成为一名合格的工程师，必须具备实事求是、谦虚谨慎的科学态度和刻苦钻研、勇于创新的科学精神。此次设计使我们各方面的能力都得到了充分地锻炼。
本设计采用有限元软件MIDAS，按照二维结构有限元的一般方法，建立有限元模型，施加节点约束及单元荷载，计算各构件的内力和变形，以确定结构合理的布置、各构件的合理尺寸，并对部分构件进行配筋计算。
目录
[2] 交通部第三航务工程勘查设计院编，港口工程桩基规范［S］，北京，人民交通出版社，1998；
[3] 交通部第一航务工程勘查设计院等编，港口工程荷载规范［S］，北京，人民交通出版社，2010；
[4] 交通部第三航务工程勘查设计院编，高桩码头设计与施工规范［S］，北京，人民交通出版社，2010；
[5] 中交水运规划设计院等编，港口工程混凝土结构设计规范［S］，北京，人民交通出版社，1998；
[6] 邱驹，港口水工建筑物［M］，北京，天津大学出版社，1989；
[7] 河海大学等合编，水工钢筋混凝土结构学［M］，北京，中国水利水电出版社，1996；
[8] 交通部第一航务工程勘察设计院编，港口工程结构设计算例［M］，北京，人民交通出版社，1997；
[9] 中交水运规划设计院等编，港口工程混凝土结构设计手册［M］，北京，人民交通出版社，1999；
[10] 李廉锟，结构力学［M］，北京，高等教育出版社，2004；
[11] 杨克己，实用桩基工程［M］，北京，人民交通出版社，2004；
[12] 洪承礼，港口规划与布置[M]，人民交通出版社，1999；
[13] 孙训方，方孝淑等，材料力学·高等教育出版社，1993；
[14] 中国人民共和国交通部，港口工程嵌岩桩设计与施工规程[M]，北京:人民交通出版社.2000；
[15] 中国人民共和国交通部，港口工程灌注桩设计与施工规程[M]，北京:人民交通出版社.2001；
[16] 重庆交通大学，内河架空直立式集装箱码头结构关键技术研究[R].，重庆交通大学，2006；
[17] 俞武华，河港大水位差直立式集装箱码头设计创新技术[B],水运工程，2011；
[18] 虞杨波，王多垠等，大水位差架空直立式码头平面框架结构水平承载力分析[A],水运工程，2011；
[19] 上海海运学院，港口装卸工艺[M]，北京：人民交通出版社，1987；
[20] 王多垠，何光春，内河大水位差架空直立式集装箱码头结构型式研究[R],重庆交通大学，2006；
[21] 王多垠，何光春，汪承志，内河港口大直径嵌岩灌注桩横向承载性能室内模型试验研究[A],岩土工程学报，2007；
[22] 傅文通，内河大水位差码头结构形式发展趋势与应用[A]，山西建筑，2010；
[23] 陈昌林，高桩码头水平位移的控制[J]，水运工程，2002(2)；
[24] 谢国昂，大型高桩深水泊位靠船结构的优化设计，水运工程, 2000 年 9 月第 9 期；
[25] 鲁子爱，高桩码头横向排架精确算法的改进[J]，河海大学学报，1994(6)；
[26] 钟万勰，丁殿明,陈耿东，计算杆系结构力学，北京:水利水电出版社，1982.11；
[27] 交通部第三航务工程勘察设计院，码头新型结构，北京：人民交通出版社，1999；
[28] 刘全兴，王多垠等，船舶撞击系内河大水位差码头破坏模式研究，港工技术，2010；
[29] D.Watstein and D.E.Parsons，Width and Spacing of Tensile Cracks in Axially Reinfored Concrete Cylinders，Journal of Research of the National Bureau of Standard，Vol.31PP.1-24；
[30] WANG Li-yan and LIU Han-long，Prediction Method of Seismic Residual Deformation of Caisson Quay Wall in Liquefied Foundation，2011 Chinese Ocean Engineering Society and Springer-Verlag Berlin，Vol. 25pp.45—58。
http://www.bysj580.com/
前 言
自三峡大坝成功蓄水175m以后，库区航运条件大为改善，为树立科学的发展观和贯彻落实可持续发展战略，重庆市全面修订了或正在制定全市的航运发展规划、港口布局规划和主城港区、涪陵港区、万州港区的总体规划。万州新田港位于三峡常年回水区的新田镇，地处三峡库区腹心地带，下距宜昌 321 公里，上距重庆 327 公里，港口地理位置适中，可与长江沿线各地进行直达运输，是渝东、川东北、湘鄂、陕南、黔北等西南地区重要的物资出海通道。新田港通过万忠高速与渝宜、万达和万利高速相连，距万州五桥机场约20公里，与规划建设的万宜铁路五桥车站相距12公里，是支撑长江上游航运中心的九大铁公水枢纽型港之一。新田港的建设，将进一步提升重庆港水运服务能力和服务水平，增强万州港区在西部地区的集聚和辐射效应，并成为川东北、鄂西、陕南等西部地区通江达海的重要集并港，为万州加快建成重庆第二大城市奠定重要基础。通过设计高桩框架直立式集装箱码头结构型式，为内河港口码头建设提供合理的码头结构型式，使内河港口建设能够有一个跨越式的发展，促进重庆市航运中心的建设，实现长江干支流直达和江海联运，加速重庆市及西部其他地区的经济建设和社会进步，更好地使我国西部地区与国际接轨，适应和满足国际经济发展与合作。
本次设计采用高桩框架直立式码头型式，设计内容主要包括了五方面：新田码头工程的码头规模确定及平面布置方案；码头结构方案拟定及比选；推荐方案结构及构件内力计算；投资概算；绘制图纸等。本设计几乎概括了大学专业知识，是较全面的应用所学知识，因此，经过本次毕业设计的练习，不仅可以巩固所学知识，为以后的深造打下坚实的基础，而且若步入工作岗位，可以较快的适应工作，缩短理论到实践的过渡阶段。毕业设计的目的在于培养我们综合运用大学四年来所学的各种理论知识和基本技能来解决工程实际问题的能力，同时让我们对本专业的知识有了更深一步的了解，深刻体会到想成为一名合格的工程师，必须具备实事求是、谦虚谨慎的科学态度和刻苦钻研、勇于创新的科学精神。此次设计使我们各方面的能力都得到了充分地锻炼。
本设计采用有限元软件MIDAS，按照二维结构有限元的一般方法，建立有限元模型，施加节点约束及单元荷载，计算各构件的内力和变形，以确定结构合理的布置、各构件的合理尺寸，并对部分构件进行配筋计算。
目录
摘 要 I
ABSTRACT Ⅱ
第1章 设计资料 1
1.1地理位置 1
1.2营运资料 1
1.2.1货运任务 1
1.2.2设计船型 1
1.3自然资料 1
1.3.1气象 1
1.3.2水文 2
1.3.3地形、地貌及工程地质条件 3
1.3.4设计荷载 6
1.3.5地震基本烈度 6
1.3.6设计标准及规范 6
1.4设计任务和要求 7
1.4.1设计任务 7
1.4.2 基本要求 7
第2章 码头规模确定及总平面布置 8
2.1码头的营运资料 8
2.1.1.运量 8
2.1.2设计船型基本尺度 8
2.2装卸工艺设计 8
2.2.1装卸工艺设计原则 8
2.2.2装卸工艺一般规定 9
2.2.3集装箱的装卸机械选型和工艺的布置 9
2.2.4主要设计参数 10
2.2.5装卸工艺流程 11
2.2.6 装卸机械设备的选型 11
2.2.7装卸机械设备 12
2.3码头规模的确定 12
2.3.1 码头泊位年通过能力的计算 13
2.3.2 码头泊位数的确定 14
2.3.3库场的计算 14
2.4码头总平面布置 17
2.4.1总平面布置原则 17
2.4.2码头前沿线的确定 17
2.4.3前沿高程的确定 17
2.4.4码头前沿设计水深 18
2.4.5码头设计低水位的确定、设计河底高程的确定 18
2.4.6泊位长度和码头长度的拟定 18
2.4.7码头前水域的确定 19
2.4.7.1码头布置 19
2.4.7.2码头前沿停泊水域及回旋水域 19
2.4.8港口规模一览表 19
第3章 结构方案拟定 21
3.1方案设计 21
3.1.1结构方案设计原则 21
3.1.2结构方案介绍 21
3.1.3桩基承载力计算 23
3.1.3.1 恒载 23
3.1.3.2 活载 28
3.1.3.3 荷载汇总 29
3.1.3.4 承载力验算 30
3.1.3.5水平变位验算 34
3.2工程概算 36
3.2.1主要编制依据 36
3.2.2编制范围 36
3.2.3总图及水工结构工程概算单价 37
3.2.4投资概算 37
3.3方案综合比较结果 37
3.4码头荷载 38
3.4.1集装箱码头堆荷 38
3.4.2人群荷载 38
3.4.3 施工荷载 38
3.4.4 起重运输机械荷载 38
3.4.5集装箱平板挂车荷载 39
3.4.6船舶荷载 40
3.4.6.1作业于船舶上的风荷载 40
3.4.6.2作用于船舶上的水流力 41
3.4.6.3系缆力 42
3.4.6.4挤靠力 42
3.4.6.5撞击力 43
3.5推荐方案的构件内力估算 43
3.5.1面板内力估算 43
3.5.2岸边吊轨道梁内力估算 44
3.5.3横梁内力估算 46
第4章 面板内力计算 48
4.1结构型式 48
4.1.1面板的平面布置 48
4.1.2面板的结构型式（选取5500×8000面板进行笔算） 48
4.2计算原则 49
4.3计算跨度 49
4.4作用 50
4.4.1永久作用 50
4.4.2可变作用 50
4.5内力计算 50
4.5.1短暂状况(施工期) 50
4.5.2持久状况(使用期) 51
4.6 作用效应组合 54
第5章 纵梁内力计算 59
5.1岸边装卸桥轨道梁结构形式 59
5.2施工时期 59
5.2.1计算跨度 59
5.2.2恒载产生的内力 59
5.3使用时期 60
5.3.1计算跨度 61
5.3.2永久作用 61
5.3.2.1面板（包括磨耗层）作用 61
5.3.2.2轨道梁自重作用（见图5.5） 62
5.3.3可变作用 63
5.3.3.1堆货作用 63
5.3.3.2装卸桥作用 64
第6章 横向排架内力计算 78
6.1计算模型 78
6.1.1模型建立 78
6.2荷载计算工况 79
6.2.1永久作用 79
6.2.2可变作用 79
6.3计算结果 85
6.4横向排架荷载组合 86
6.4.1承载能力极限状态持久组合 86
6.4.2正常使用极限状态长期效应组合 87
6.4.3横梁各截面荷载组合 87
6.6.4前排桩的荷载组合 92
6.6.5后轨道梁的荷载组合 94
第7章 横梁配筋计算 99
7.1横梁配筋计算 99
7.1.1基本资料 99
7.1.2截面尺寸（图7.3） 100
7.1.3材料 100
7.2承载能力极限状态计算及验算 100
7.2.1截面尺寸校核 100
7.2.2深受弯构件受剪截面验算 101
7.2.3跨中截面受弯承载力计算 101
7.2.4支座受弯承载力计算 102
7.2.5斜截面的受剪承载力计算 106
7.3正常使用极限状态验算 107
7.3.1跨中正截面裂缝宽度验算 107
7.3.2支座截面裂缝宽度验算 108
第8章 纵梁配筋计算 109
8.1纵梁配筋计算（后轨道梁） 109
8.1.1基本资料 109
8.1.2截面尺寸（图8.3） 110
8.1.3材料 110
8.2承载能力极限状态计算及验算 110
8.2.1截面尺寸校核 110
8.2.2深受弯构件受剪截面验算 111
8.2.3跨中截面受弯承载力计算 111
8.2.4支座受弯承载力计算 112
8.2.5斜截面的受剪承载力计算 116
8.3正常使用极限状态验算 117
8.3.1跨中正截面裂缝宽度验算 117
8.3.2支座截面裂缝宽度验算 118
第9章 桩基配筋计算 119
9.1计算参数 119
9.1.1内力计算结果 119
9.1.2材料 119
9.2承载能力极限状态计算 119
9.2.1对应内力计算 120
9.2.2对应内力计算 121
9.2.3按轴心受压构件验算(不考虑螺旋箍筋受压) 123
9.2.4抗剪验算 123
9.2.5嵌岩桩轴向抗压承载力核算 124
9.2.6抗拔验算 124
9.3正常使用极限状态验算 124
9.3.1抗裂验算 124
9.3.2挠度验算 125
第10章 结论与展望 126
致 谢 127
参考文献 128
附 录 0
参考文献
[1] 中华人民共和国交通部编，河港总平面设计规范［S］，北京，人民交通出版社，2006；参考文献
[2] 交通部第三航务工程勘查设计院编，港口工程桩基规范［S］，北京，人民交通出版社，1998；
[3] 交通部第一航务工程勘查设计院等编，港口工程荷载规范［S］，北京，人民交通出版社，2010；
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[20] 王多垠，何光春，内河大水位差架空直立式集装箱码头结构型式研究[R],重庆交通大学，2006；
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