專利名稱：一種離岸高樁碼頭長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及港口工程領(lǐng)域，具體涉及高樁碼頭結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前高樁碼頭分段長(zhǎng)度一般對(duì)整體裝配式取60 70m，對(duì)整體現(xiàn)澆式取35m左右， 這種傳統(tǒng)的分段方法是對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)適應(yīng)能力的簡(jiǎn)化處理，在上述分段長(zhǎng)度內(nèi)可不考慮溫差 變形及混凝土收縮變形對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，其不足之處在于①?zèng)]有考慮結(jié)構(gòu)對(duì)溫差及收縮變 形的適應(yīng)性，分析認(rèn)為樁的泥上高度、樁身柔性及塑性、樁基布置等對(duì)結(jié)構(gòu)縱向變形的適 應(yīng)性影響很大，可使分段長(zhǎng)度相差數(shù)倍，應(yīng)是劃分碼頭分段長(zhǎng)度的主要考慮因素。②沒有充 分利用碼頭分段長(zhǎng)度的潛力，造成碼頭分段排架數(shù)量少、排架水平力分配系數(shù)大，使水平荷 載產(chǎn)生的樁基內(nèi)力大。③有些碼頭泊位如充分利用分段長(zhǎng)度潛力時(shí)也許不用分段，但采用 簡(jiǎn)化的分段長(zhǎng)度控制值時(shí)卻必須分段，增加了伸縮縫以及裝卸工藝跨越伸縮縫的處理。④ 有些特殊裝卸工藝要求盡量避免跨越伸縮縫時(shí)無法采用長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)避免。對(duì)離岸深水高樁碼頭，樁的自由長(zhǎng)度較大，結(jié)構(gòu)能適應(yīng)縱向變形的條件較好，增加 分段長(zhǎng)度可以減小各排架所承受的水平力，有利于采用大管樁(含PHC樁)代替鋼管樁。目前高樁碼頭樁頂一般采用剛接形式，雖然樁頂剛接能提高排架的水平抗力，但 是所提高的比例值隨著樁的泥上高度增加、斜樁斜度及斜樁所占的比例增加而減小。對(duì)于 有叉樁的離岸深水碼頭，采用樁頂剛接所提高的水平抗力相對(duì)不大，而剛接樁頂要伸入樁 帽或橫梁的高度較大，造成施工困難、成本提高，這也部分抵消了利用樁頂剛接而提高水平 抗力的優(yōu)勢(shì)。若采用樁頂鉸接，則樁基在溫差及混凝土收縮等變形下產(chǎn)生的彎矩小，可增加 分段長(zhǎng)度，使排架所分擔(dān)的水平力減小。經(jīng)分析認(rèn)為對(duì)離岸深水高樁碼頭，采用樁頂鉸接 增加分段長(zhǎng)度所減小的排架分擔(dān)水平力、一般大于采用樁頂剛接而提高的排架水平抗力， 對(duì)提高整體碼頭的水平抗力及剛度是有利的。另外鉸接樁更能適應(yīng)風(fēng)浪惡劣條件下的樁頂 連接要求，更適合用于外海深水碼頭情況，采用鉸接樁時(shí)樁頂伸入橫梁高度僅需5cm，使橫 梁底筋能直接從樁頂通過，下橫梁或樁帽的高度也會(huì)降低，方便施工。傳統(tǒng)的高樁碼頭各排架叉樁一般都沿橫向布置以抵抗橫向水平力。這種布置方式 存在以下不足之處①位于分段中間的排架由于承受水平力相對(duì)較小，叉樁一般有承載力 富余、不能充分發(fā)揮作用；②若分段中不布置縱向叉樁，則分段的縱向水平抗力較弱，實(shí)踐 中通常需在分段兩邊(常在第二榀排架位置處)布置少量縱向斜樁以抵抗縱向水平力。經(jīng) 分析認(rèn)為，長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)不宜采用傳統(tǒng)的樁基布置方式，可考慮以下因素調(diào)整樁基布置①在 長(zhǎng)分段兩端附近樁頂由于溫差產(chǎn)生的縱向變位大、會(huì)對(duì)縱向叉樁或斜樁產(chǎn)生較大的溫差樁 軸力，因此在分段兩端附近不應(yīng)布置縱向叉樁或斜樁；②考慮到位于分段中間的橫向叉樁 承受的水平力相對(duì)較小，可將中間約40 50m范圍的橫向叉樁改為縱向布置以提高碼頭的 縱向水平抗力，此時(shí)分段中間排架所承受的水平力可兩邊排架傳遞，由于長(zhǎng)分段碼頭兩邊 排架數(shù)量眾多，中間叉樁的橫改縱布置對(duì)碼頭整體抵抗橫向水平力影響不大，因此從技術(shù) 經(jīng)濟(jì)比較是合理的。
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高樁碼頭長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)在混凝土年氣象溫差變形、收縮變形和預(yù)應(yīng)力徐變的作用 下，會(huì)產(chǎn)生較大的縱向變位、產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)內(nèi)力；同時(shí)伸縮縫的伸縮量較大(一般5 20cm)。針對(duì)以上特點(diǎn)，采用長(zhǎng)分段碼頭需解決以下幾個(gè)問題1在混凝土年氣象溫差變形、收縮變形和預(yù)應(yīng)力徐變的作用下碼頭結(jié)構(gòu)的縱向內(nèi) 力計(jì)算。2長(zhǎng)分段碼頭的樁基布置。3長(zhǎng)分段碼頭橫向水平力在各排架中的分配。4長(zhǎng)分段碼頭的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化計(jì)算方法。5長(zhǎng)分段碼頭設(shè)計(jì)與施工的要點(diǎn)。6軌道機(jī)械及其它流動(dòng)機(jī)械平穩(wěn)過渡伸縮縫工作。本發(fā)明解決了以上關(guān)鍵問題，使長(zhǎng)分段碼頭可以得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
一種離岸高樁碼頭長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)，分段長(zhǎng)度一般不小于120m ；樁基的樁頂采用鉸 接形式；長(zhǎng)分段中位于溫差變形平衡線(指碼頭平臺(tái)對(duì)縱向溫差變形不產(chǎn)生位移的縱向 線)25m以外的叉樁或斜樁均采用小橫向夾角布置；位于溫差變形平衡線25m以內(nèi)的叉樁或 斜樁沿縱向布置；分段兩邊緣第一跨排架間距小于內(nèi)跨排架間距；在碼頭伸縮縫處采用多 小段間隙不超過20mm的軌道連接結(jié)構(gòu)。所述的長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)，其分段長(zhǎng)度可遠(yuǎn)大于常規(guī)高樁碼頭的分段長(zhǎng)度，一般不小于 120m，工程條件好時(shí)可達(dá)200m以上。分段長(zhǎng)度根據(jù)具體碼頭工程的樁徑、泥上長(zhǎng)度、地基條 件、樁頂連接、樁身強(qiáng)度和剛度、樁基整體布置、縱梁安裝后混凝土的收縮、施工安裝情況、 年氣象溫差，縱向荷載、平臺(tái)和排架水平剛度等情況確定。所述的樁頂鉸接形式，其特征是樁頂伸入橫梁或樁帽5 IOcm ；當(dāng)橫梁鋼筋與樁 頂接觸面較大時(shí)，鋼筋宜墊高1 2cm，以增加鋼筋的握裹力及防腐保護(hù)層；對(duì)非完全鉸接 樁頂彎矩大于樁身抗彎的基樁，采取下列措施(見圖2a、圖2b)處理①樁頂混凝土接觸面 面積按局部受壓計(jì)算確定，接觸面外鋪設(shè)低強(qiáng)度的防腐材料墊片。②連接鋼筋籠直徑小于 接觸面直徑，布置在接觸面范圍內(nèi)；③鋼筋籠內(nèi)可設(shè)置連接插筋以滿足抗拉要求并增加接 觸面的局部抗壓富裕強(qiáng)度；④連接鋼筋的主筋及插筋宜采用直徑不小于28mm的2級(jí)鋼或 3級(jí)鋼，以增加接觸面鋼筋的允許縫隙量，配筋量由計(jì)算確定，應(yīng)滿足樁頂?shù)目估蟆⒉⑶?所配鋼筋可能產(chǎn)生的最大彎矩宜小于樁身的允許抗彎值；⑤當(dāng)仍不滿足鋼筋在接觸面的縫 隙量要求時(shí)，連接鋼筋的主筋與插筋可在接觸面附近涂抹柔性防腐材料，以增加等效自由 長(zhǎng)度、進(jìn)一步增加接觸面鋼筋的允許縫隙量。鋼筋在接觸面處所需的縫隙量由計(jì)算確定。所述的距溫差變形平衡線25m以外(如圖1的B區(qū))的叉樁或斜樁采用小橫向夾 角布置(如圖1樁3)，夾角宜根據(jù)樁基布置及打樁偏差情況通過計(jì)算后確定(一般為12 18° )。打樁偏差應(yīng)考慮樁頂水平面偏位、方位角偏差、仰俯角偏差、左右擺動(dòng)角偏差等， 在確保不會(huì)發(fā)生碰樁的前提下，盡量減小叉樁(或斜樁)與橫梁軸線的夾角。對(duì)溫差變形 產(chǎn)生較大樁軸力的基樁，采取以下措施進(jìn)一步減小叉樁的橫向夾角①將可能碰樁的相鄰 直樁(如圖1樁4)改為斜度約20 1的反向縱向斜樁；②斜樁樁頂與可能碰樁的相鄰直 樁樁頂采用偏離排架軸線約IOcm左右錯(cuò)開布置(如圖1中3樁頂偏右10cm，4樁頂偏左IOcm)ο所述的距溫差變形平衡線25m以內(nèi)(如圖1的A區(qū))的叉樁或斜樁沿縱向布置 (如圖1中的樁2)，必要時(shí)還可將一部分承載力有富余的直樁也布置成縱向斜樁。布置縱 向叉樁或斜樁的最小樁數(shù)及傾斜度由碼頭分段所承受的縱向水平力及抗震要求確定。所述的分段兩邊緣第一跨排架間距(圖1間距d)小于內(nèi)跨間距(圖1間距C)，以 減小縱梁、橫梁及樁的設(shè)計(jì)控制內(nèi)力，第一跨排架的間距由計(jì)算確定。進(jìn)一步地，所述的軌道連接結(jié)構(gòu)(見圖3 13)包括跨越伸縮縫的主軌道(11)，附 軌道(16)，連接片(12)，底板(13)、立板(14)、壓板(15)、頂板(18)。在主軌道(11)以及附 軌道(16)的兩端肋板上各有一圓孔(1113)。連接片(12)兩端各有一長(zhǎng)形孔(123)。主軌道 與附軌道以及附軌道之間通過連接片相互連接。所述的連接采用螺栓穿過圓孔(1113)及 長(zhǎng)形孔(123)，螺栓與連接片長(zhǎng)形孔(123)連接后有縱向間隙，所述縱向間隙用于控制軌道 間的最大縫隙量。所述主軌道以及附軌道的軌道頂面(111)兩端部設(shè)置有主斜角(1111)； 所述主斜角(1111)的銳角端設(shè)有倒角(1112)，可使軌道機(jī)械平穩(wěn)地渡過軌道縫隙。所述主 軌道底面(112)下可焊接鋼板(17)，以增強(qiáng)主軌道的抗彎能力。附軌道的數(shù)量根據(jù)伸縮縫 的最大伸縮量確定。所述的主軌道(11)兩端以及附軌道(16)均擱置于底板(13)上，底板(13)上設(shè)有 兩個(gè)立板(14)，立板的內(nèi)側(cè)設(shè)有壓板(15)，主軌道以及附軌道被限制在所述的底板(13)、 立板(14)及壓板(15)所圍成的區(qū)域內(nèi)滑行。在所述立板(14)上設(shè)有防止壓板(15)跳出 并形成碼頭面的頂板(18)。所述底板(13)、立板(14)、頂板(18)間通過焊接連接，所述壓 板(15)通過螺栓與立板(14)連接。所述的底板(13)設(shè)有可在預(yù)埋螺栓(132)處調(diào)整底板位置的半開孔(131)。所述 的預(yù)埋螺栓(132)在鋪設(shè)軌道前預(yù)埋于現(xiàn)澆混凝土中。根據(jù)上述技術(shù)方案得到的本發(fā)明——離岸高樁碼頭長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)，其分段長(zhǎng)度一般 大于120m，工程條件好時(shí)可達(dá)200m以上，具有以下優(yōu)點(diǎn)①樁頂采用鉸接形式可使溫差變形產(chǎn)生的樁彎矩減小，比剛接形式更能適應(yīng)風(fēng)浪 惡劣條件下的樁頂連接要求，可用于外海高樁碼頭；②采用鉸接形式樁頂只需伸入橫梁或樁帽5 10cm，可使橫梁底部鋼筋直接從樁 頂通過，下橫梁或樁帽的高度也會(huì)降低，方便施工；③距溫差變形平衡線25m以外的叉樁或斜樁均采用小橫向夾角布置，使溫差變形 產(chǎn)生的樁軸力減?。虎芫鄿夭钭冃纹胶饩€25m以內(nèi)的叉樁或斜樁可沿縱向布置，以提高碼頭抵抗縱向 水平力的能力，對(duì)整體結(jié)構(gòu)的橫向水平抗力影響不大；⑤長(zhǎng)分段碼頭可減小的排架承擔(dān)的水平力，即使樁頂采用鉸接，其因增加分段長(zhǎng) 度所減小的排架水平力一般大于利用剛接樁所提高的排架水平抗力，可提高整體結(jié)構(gòu)的水 平抗力和剛度；⑥長(zhǎng)分段碼頭排架承受的水平力小，有利于采用大管樁(含PHC樁)代替鋼管樁；⑦分段兩邊緣第一跨排架間距適當(dāng)減小，可降低縱、橫梁及樁的設(shè)計(jì)內(nèi)力。由于長(zhǎng) 分段內(nèi)跨排架數(shù)量眾多，減小邊緣第一跨排架間距所增加的施工難度與減小眾多構(gòu)件設(shè)計(jì) 內(nèi)力所降低的成本相比是經(jīng)濟(jì)合理的；
⑧在伸縮縫處軌道采用多小段伸縮間隙不超過20mm的軌道連接結(jié)構(gòu)，軌道機(jī)械 能平穩(wěn)地過渡伸縮縫工作，軌道完全不傳遞縱向力。本發(fā)明成功解決了碼頭長(zhǎng)分段的技術(shù)問題，適用于地質(zhì)縱向較均勻、采用摩擦樁 的深水離岸高樁碼頭。


圖1為本發(fā)明所涉及的長(zhǎng)分段碼頭樁基結(jié)構(gòu)布置示意圖；圖2a為本發(fā)明所涉及的鉸接樁俯視圖；圖2b為本發(fā)明所涉及的鉸接樁主視圖；圖3為本發(fā)明所涉及的長(zhǎng)分段碼頭溫度縫軌道安裝示意圖；圖4為本發(fā)明所涉及的長(zhǎng)分段碼頭軌道平面連接縫的俯視圖；圖5為本發(fā)明所涉及的長(zhǎng)分段碼頭軌道平面連接縫的主視圖；圖6為本發(fā)明所涉及的長(zhǎng)分段碼頭主軌道的俯視圖；圖7為本發(fā)明所涉及的長(zhǎng)分段碼頭主軌道的左視圖；圖8為本發(fā)明所涉及的長(zhǎng)分段碼頭主軌道的主視圖；圖9為本發(fā)明所涉及的長(zhǎng)分段碼頭連接片的示意圖；圖10為本發(fā)明所涉及的長(zhǎng)分段碼頭附軌道的左視圖；圖11為本發(fā)明所涉及的長(zhǎng)分段碼頭附軌道的主視圖；圖12為本發(fā)明所涉及的長(zhǎng)分段碼頭壓板的示意圖；圖13為本發(fā)明所涉及的長(zhǎng)分段碼頭底板、立板的示意圖；圖14為本發(fā)明所涉及的伸縮縫結(jié)構(gòu)安裝平面圖；圖15為本發(fā)明所涉及的伸縮縫結(jié)構(gòu)立面裝配示意圖；圖16為本發(fā)明所涉及的伸縮縫結(jié)構(gòu)上鋼板的示意圖；圖17為計(jì)算示例常規(guī)高樁碼頭排架樁基布置示意圖；圖18為計(jì)算示例采用長(zhǎng)分段碼頭排架樁基布置示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體圖示，針對(duì)高樁碼頭長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)一步闡述本發(fā)明。一、在混凝土年氣象溫差變形、收縮變形和預(yù)應(yīng)力徐變作用下碼頭結(jié)構(gòu)的縱向內(nèi) 力計(jì)算。二、長(zhǎng)分段碼頭的樁基布置。三、長(zhǎng)分段碼頭橫向水平力在各排架中的分配。四、長(zhǎng)分段碼頭的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化計(jì)算方法。五、長(zhǎng)分段碼頭設(shè)計(jì)與施工的要點(diǎn)。六、軌道機(jī)械及其它流動(dòng)機(jī)械平穩(wěn)過渡伸縮縫工作。以下圍繞上述問題闡述一、溫差變形產(chǎn)生內(nèi)力的計(jì)算模式樁基水平剛度相對(duì)于碼頭平臺(tái)平面變形剛度是很弱的，上部結(jié)構(gòu)的溫差變形可近
6似認(rèn)為不受約束。上部結(jié)構(gòu)的溫差伸縮變形將帶動(dòng)樁頂產(chǎn)生水平變位，而樁頂?shù)乃阶兾?將產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)力。溫差伸縮變形產(chǎn)生的內(nèi)力可按以下步驟計(jì)算1、確定平臺(tái)溫差伸縮產(chǎn)生 的樁頂水平位移；2、采用m法計(jì)算樁頂在該位移狀態(tài)下基樁的內(nèi)力；3、采用近似方法確定 樁帽及縱梁的內(nèi)力。1、溫差伸縮產(chǎn)生的樁頂水平位移離岸高樁碼頭一般采用整體裝配形式，產(chǎn)生縱向變形的因素有混凝土年氣象溫差 變形、預(yù)制縱梁和預(yù)制面板安裝后的剩余收縮變形、現(xiàn)澆面板收縮力產(chǎn)生的變形、以及預(yù)應(yīng) 力構(gòu)件的徐變等。根據(jù)混凝土梁板的厚度及熱導(dǎo)系數(shù)情況，混凝土截面的平均計(jì)算溫度可取月平均 溫度。全國(guó)各地冬夏的月平均溫度不同，北方溫差大、南方溫差相對(duì)小些，計(jì)算混凝土變形 的年氣象溫差可取年最低月份與最高月份的月平均溫差，南北各地有些差異，可根據(jù)查詢 當(dāng)?shù)貧庀筚Y料或按有關(guān)規(guī)范確定。預(yù)制縱梁和預(yù)制面板安裝后混凝土剩余收縮變形的影響因素很多，涉及到水泥品 種、砂石料、水灰比、添加劑、養(yǎng)護(hù)條件、養(yǎng)護(hù)天數(shù)、預(yù)置期及預(yù)置期的溫度等，理論計(jì)算與實(shí) 測(cè)值的離散性也較大。根據(jù)路橋工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，混凝土收縮應(yīng)變可近似按下式計(jì)算Y =20Χ10_5Χ β，預(yù)置2個(gè)月后安裝取β = 0.45，預(yù)置5個(gè)月后安裝取β =0.3。碼頭 設(shè)計(jì)可參照路橋工程經(jīng)驗(yàn)，考慮按預(yù)置2個(gè)月后安裝，取收縮應(yīng)變?chǔ)?=20X IO-5XO. 45 = 9 X ΙΟ"5,由于混凝土溫度線漲系數(shù)為10_5/°C，因此收縮應(yīng)變等效于降溫9°C?；炷连F(xiàn)澆面板收縮時(shí)會(huì)受到預(yù)制梁板的約束，由于混凝土抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)比受拉強(qiáng) 度高，因此當(dāng)現(xiàn)澆面板收縮受到預(yù)制梁板的抵抗時(shí)會(huì)產(chǎn)生許多微細(xì)裂縫，使收縮力大量消 散。設(shè)計(jì)暫可偏安全地按考慮全部現(xiàn)澆面板的收縮力計(jì)算，如按現(xiàn)澆板厚度為板厚的2/3 計(jì)，則預(yù)制和現(xiàn)澆混凝土疊合板的綜合收縮應(yīng)變等效于降溫20*2/3+9/3 = 16.3°C。預(yù)應(yīng)力徐變的應(yīng)變公式可近似采用Y =2Χ(ορ/Ε。)Χβ，式中％是混凝土平 均預(yù)應(yīng)力，Ε。是混凝土彈性模量，β意義同上，可取0.35。對(duì)長(zhǎng)分段碼頭而言，只有預(yù)應(yīng)力 對(duì)碼頭整個(gè)橫截面產(chǎn)生的平均徐變，才會(huì)對(duì)碼頭的縱向伸縮產(chǎn)生影響，而縱梁的預(yù)應(yīng)力相 對(duì)于碼頭整個(gè)橫截面的平均應(yīng)力很小，故可不考慮預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的徐變影響。綜合以上的分析預(yù)制構(gòu)件安裝后混凝土的剩余收縮變形及預(yù)應(yīng)力徐變變形等可 按等效降溫16. 3°C考慮，目前因港口工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)不足，宜適當(dāng)考慮變異偏 差影響，可偏安全地取等效降溫范圍下限為10°C、上限為20°C，按不利情況計(jì)算。以下將混凝土收縮等效降溫與年氣象溫差的組合值，在計(jì)算中統(tǒng)一稱為溫差。溫差產(chǎn)生各樁頂水平位移的主要影響因素有①樁頂與溫差變形平衡線(指碼頭 平臺(tái)縱向溫差變形無位移的線，當(dāng)縱向?qū)ΨQ時(shí)為分段中心線)的距離Y(m)；②年最低 最 高月平均氣象溫度、 t2°C ；③混凝土綜合收縮的等效降溫范圍U t。2°C ；④縱梁安裝 施工時(shí)的月平均氣象溫度tg°C。根據(jù)物理學(xué)溫差變形公式，樁頂產(chǎn)生的溫差最大位移ξ (m)為ξ = μ X AtXY (1)式中μ —混凝土線漲系數(shù)，取10_5/°C ；Δ t——計(jì)算溫差(°C )，取Δ t = max{t2-tg-tcl,，其中左項(xiàng)大時(shí)以是膨 脹控制，右項(xiàng)大時(shí)以是收縮控制；
Y——樁頂與溫差變形平衡線的縱向距離(m)。由上式可知最邊緣排架的樁頂位移最大，當(dāng)平衡點(diǎn)為分段中點(diǎn)時(shí)，樁頂位移不會(huì) 超過分段伸縮量的1/2 ；設(shè)計(jì)可按縱梁安裝期間溫度處于最不利情況考慮，如年月平均氣 象溫差取30°C，考慮混凝土收縮變形后，則計(jì)算膨脹溫差為At = 30-10 = 20°C、收縮溫差 為厶 = 30+20 = 50°C。當(dāng)縱梁安裝時(shí)期的月平均氣象溫度處于(ti+t^td-tJ/2時(shí)，產(chǎn)生的樁頂位移最 小，縱梁安裝宜盡量選擇在年平均氣象溫度偏低5 10°C時(shí)施工。如某排架樁頂距溫差變形平衡線100m，收縮溫差取Δ t = 50°C，則樁頂位移為ξ = ICT5X 50 XlOO = 0. 050m = 50mm。嚴(yán)格地說，樁頂位移還與夾樁時(shí)的縱向夾樁聯(lián)系梁的溫度有關(guān)，由于夾樁聯(lián)系梁 截面小，常用鋼材，短時(shí)的截面平均溫度變幅大，因此考慮夾樁時(shí)的聯(lián)系梁溫度影響是比較 復(fù)雜的。但可以采用施工技術(shù)措施消除夾樁時(shí)聯(lián)系梁溫差變形的不利影響。采用的施工措 施如下①當(dāng)夾樁時(shí)如果氣象溫度很高，則宜采用潑水等方法降低縱向聯(lián)系梁的溫度后再 夾樁；②如果縱梁安裝期間的溫度低于夾樁時(shí)的溫度，則在長(zhǎng)分段碼頭安裝縱梁前，可每隔 30 40米將縱向夾樁聯(lián)系梁松弛以釋放夾樁產(chǎn)生的溫差應(yīng)力。2、按m法確定樁頂位移產(chǎn)生的內(nèi)力由于采用嵌固點(diǎn)法計(jì)算位移產(chǎn)生的誤差較大，因此計(jì)算樁頂位移產(chǎn)生的內(nèi)力時(shí)宜 采用m法。通過分析可知計(jì)算樁頂位移產(chǎn)生的內(nèi)力時(shí)，樁的自由長(zhǎng)度越小、地基的m值系 數(shù)越大，則產(chǎn)生的內(nèi)力就越大。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意這一特點(diǎn)，縱向溫差內(nèi)力計(jì)算時(shí)不宜象計(jì)算荷 載內(nèi)力那樣取偏低的泥面高程、偏低的m值。以下先分析直樁計(jì)算，然后以直樁成果為基礎(chǔ)，進(jìn)一步分析斜樁計(jì)算。(1)直樁計(jì)算假定泥上高度為h，樁身抗彎剛度為EI，樁相對(duì)剛度系數(shù)為T，則可推導(dǎo)得到以下 公式。①當(dāng)樁頂鉸接時(shí)，樁頂水平剛度為
EIU =.,..
2.441Γ3 +3.342Γ2/ζ + Λ3/3 + 1.751/Ζ2Γ②當(dāng)樁頂剛接時(shí)，樁頂水平剛度為
FTU =■
(2)
⑶
2.441Γ3 +\.β2\Τ\2Η-\ν) + ^ 12,-wh1 l2 + \.15\Th(h-w)
廿士 1.621T2 + L751Th + h2/2其中w 二--(4)
h + \.15\T設(shè)樁頂水平位移為ξ，則樁頂剪力Qt = UX ξ ；樁頂彎矩對(duì)鉸接Mt = 0，對(duì)剛接 Mt = QtXw ；樁泥面剪力Qs = Qt，泥面彎矩軋=QtXh-Mt ；泥下最大彎矩所處的相對(duì)深度λ = ζ/Τ可近似按下式計(jì)算λ ^ (2.88XTXQs+0. 165XMs)/(2. 18XTXQS+MS)(5)泥下(最大)彎矩可近似按下式計(jì)算Μλ ^ (-0. 039+1. 23 λ -0· 46 λ 2) XTXQs+(1+0. 07 λ -0. 21 λ 2) XMs (6)計(jì)算示例假設(shè)PHC直樁混凝土標(biāo)號(hào)為C80，樁徑1. 2m,壁厚0. 145m,泥上高度為h = 10m，地基m= 10000kN/m4，極限承載力Qud = 15000kN，樁頂?shù)妮S向反力系數(shù)按 1
h | 1 確定。(樁身 A = O. 481m3，I = 0. 0713m4，E 取 39000000kPa，相對(duì)剛度 T EA 130仏
=2. 587m。)，當(dāng)樁頂水平位移為ξ = IOmm時(shí)，內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如下樁頂鉸接時(shí)，由(2)式得U = 2657kN/m,樁頂剪力 Qt = 2642*0. 01 = 26. 4kN、樁 頂彎矩 Mt = 0 ；泥面剪力 Qs = 26. 4kN、泥面彎矩 Ms = 26. 4*10 = 264kN. m ；按(5)、(6)式 得泥下彎矩Μλ = 292kN.m。樁頂剛接時(shí)，由(3)、(4)式得w = 7. 305m, U = 10295kN/m,樁頂剪力 Qt = 10295*0. 01 = 102. 9kN、樁頂彎矩 Mt = 7. 305*102. 9 = 752kN. m ；泥面剪力:QS = 102. 9kN、 泥面彎矩Ms = 277kN. m ；按(5)、(6)式得泥下彎矩Μλ = 434kN. m。(2)斜樁計(jì)算假定斜樁縱立面投影夾角為α (縱立面投影夾角指基樁在縱立面上的投影與豎 直線的夾角)。若樁頂產(chǎn)生縱向水平位移為ξ C1，則樁頂相對(duì)縱立面投影軸線的側(cè)向、軸向 位移分別為 ξ = IoXcos(Q), η = ξ0Χ8 8(α)ο假定樁的泥上高度為h，樁頂?shù)妮S向剛度系數(shù)為K，當(dāng)產(chǎn)生縱向水平位移為ξ ^時(shí)， 樁的軸力可按近似下式計(jì)算N = KX η = KX ξ。Xsis(a ) (7)由于樁頂相對(duì)縱立面投影軸線的側(cè)向位移ξ已確定，因此可按近似前面的公式 (2) (6)式計(jì)算樁的側(cè)向剛度U及樁身的彎矩。計(jì)算示例假設(shè)PHC叉樁縱立面投影夾角為a = atan(l/4) = 14.04°，樁頂?shù)?軸向反力系數(shù)近似取K = +!/(I3Ogrf) = 95600 (kN/m)，其它條件同上，內(nèi)力計(jì)算如 下相對(duì)側(cè)向位移ξ = 10Xcos(14. 04 ° ) = 9. 70mm,相對(duì)軸向位移η = IOX sis (14. 04° )= 2.43mm;樁軸力N = 956000X0. 00243 = 2323kN。當(dāng)樁頂鉸接時(shí)，由(2)式得U = 2657kM/m,由此得樁頂剪力Qt = 2642X0. 097 = 25. 6kN,樁頂樁頂Mt = 0 ；泥面剪力Qs = 25. 6kN、泥面彎矩Ms = 25. 6kN. m ；由(5)、(6)式 得泥下彎矩Μλ = 283kN.m。當(dāng)樁頂剛接時(shí)，由(3)、(4)式得w = 7. 305m, U = 10295kM/m,由此得樁頂側(cè)向力 Qt = 10295*. 0097 = 99. 9kN，樁頂 Mt = 7. 305X99. 9 = 730kN.m ；泥面剪力 Qs = 99. 9kN、 泥面彎矩Ms = 269kN. m ；由(5)、(6)式得泥下彎矩Μλ = 42IkN. m。通過以上計(jì)算示例可知，樁頂水平變位對(duì)直樁與叉樁產(chǎn)生的彎矩相差不大，但叉 樁會(huì)產(chǎn)生軸力。3、樁帽與縱梁的內(nèi)力當(dāng)碼頭分段長(zhǎng)度較大時(shí)，樁帽、縱梁等構(gòu)件還要考慮溫差變形產(chǎn)生的內(nèi)力。計(jì)算樁 帽與縱梁的溫差內(nèi)力時(shí)，可近似將樁頂內(nèi)力作為外荷載，由于縱梁在樁頂兩邊增加的彎矩 理論上等于樁頂內(nèi)力對(duì)縱梁軸線產(chǎn)生的彎矩Mz，一般Mz相對(duì)于縱梁荷載彎矩不大，因此可對(duì)中間支座兩邊縱梁彎矩近似取Mz/2，對(duì)邊緣支座內(nèi)側(cè)縱梁彎矩取Mz。二、樁基布置的技術(shù)方案1、各種不同條件下樁的內(nèi)力分析比較先比較不同樁頂連接情況、不同泥上高度、不同斜度、不同樁徑條件下，樁頂發(fā)生 IOmm水平位移時(shí)產(chǎn)生的樁內(nèi)力。以PHC樁為例，設(shè)混凝土標(biāo)號(hào)C80，E取39000000kPa,地基m取10000kN/m4，當(dāng) 直徑為Im時(shí)，取壁厚0. 130m,極限承載力12500kN,(樁身A = O. 355m3，I = 0. 0356m4， 相對(duì)剛度T = 2.335m)。當(dāng)直徑為1. 2m時(shí)，取壁厚0. 145m,極限承載力12500*1.2 = 15000kN,(樁身A = O. 481m3，I = 0. 0713m4，相對(duì)剛度T = 2. 587m)，樁頂?shù)妮S向反力系數(shù)
= hl{EI) + \l{mQ )確定。射杯隱兄i十難鄉(xiāng)聽L表1樁頂水平位移為IOmm時(shí)各種不同情況的基樁內(nèi)力計(jì)算結(jié)果比較
權(quán)利要求
一種離岸高樁碼頭長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)的分段長(zhǎng)度不小于120m；所述長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)中樁基的樁頂采用鉸接形式；所述長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)中位于距溫差變形平衡線25m以外的叉樁或斜樁均采用小橫向夾角布置，位于距溫差變形平衡線25m以內(nèi)的叉樁或斜樁沿縱向布置；所述長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)中位于分段兩邊緣的第一跨排架間距小于內(nèi)跨排架間距；所述碼頭伸縮縫處的軌道銜接采用多小段間隙不超過20mm的軌道連接結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離岸高樁碼頭長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述長(zhǎng)分段結(jié) 構(gòu)的分段長(zhǎng)度一般不小于120m，工程條件好時(shí)可達(dá)200m以上，遠(yuǎn)大于目前常規(guī)高樁碼頭的 分段長(zhǎng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離岸高樁碼頭長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述樁基的樁 頂采用鉸接形式，對(duì)非完全鉸接樁頂彎矩大于樁身抗彎的基樁，采取下列措施處理①樁頂 混凝土接觸面面積按局部受壓計(jì)算確定，接觸面外鋪設(shè)低強(qiáng)度的防腐材料墊片。②連接鋼 筋籠直徑小于接觸面直徑，布置在接觸面范圍內(nèi)；③鋼筋籠內(nèi)可設(shè)置連接插筋以增加樁的 抗拉及接觸面局部抗壓的富裕強(qiáng)度；④連接鋼筋的主筋及插筋采用直徑不小于28mm的2級(jí) 鋼或3級(jí)鋼；⑤當(dāng)仍不滿足鋼筋在接觸面的縫隙量要求時(shí)，連接鋼筋的主筋與插筋可在接 觸面附近涂抹柔性防腐材料，以進(jìn)一步增加接觸面鋼筋的允許縫隙量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離岸高樁碼頭長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述位于距溫 差變形平衡線25m以外的叉樁或斜樁布置采用的小橫向夾角的角度根據(jù)樁基布置及打樁 偏差情況通過計(jì)算確定，一般在12 18°范圍內(nèi)；與所述叉樁或斜樁可能碰樁的相鄰直樁 改為斜度約20 1的反向縱向斜樁，并且所述叉樁或斜樁樁頂與可能碰樁的相鄰直樁樁頂 采用偏離排架軸線約IOcm左右錯(cuò)開布置，以進(jìn)一步減小所述叉樁或斜樁的橫向夾角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離岸高樁碼頭長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述位于距溫 差變形平衡線25m以內(nèi)的叉樁或斜樁沿縱向布置，根據(jù)碼頭分段所承受的縱向水平力及抗 震要求確定沿縱向布置的叉樁或斜樁的最小樁數(shù)及傾斜度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離岸高樁碼頭長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述軌道連接結(jié) 構(gòu)包括跨越伸縮縫(19)的主軌道(11)，附軌道(16)，連接片(12)，底板(13)、立板(14)、壓 板(15)、頂板(18)，所述主軌道及附軌道的兩端肋板上各有一圓孔(1113)，所述連接片兩端 各有一長(zhǎng)形孔(123)，所述主軌道與附軌道以及附軌道之間采用螺栓穿過圓孔(1113)及長(zhǎng)形 孔(123)串聯(lián)連接，螺栓與連接片長(zhǎng)形孔(123)有縱向間隙，用于控制軌道間的最大縫隙量， 所述主軌道以及附軌道的軌道頂面(111)兩端部設(shè)置有主斜角(1111)，主斜角的銳角端設(shè)有 倒角(1112)，使軌道機(jī)械能平穩(wěn)地渡過軌道縫隙，所述主軌道底面(112)下可焊接鋼板(17)， 以增強(qiáng)主軌道的抗彎能力，所述附軌道的數(shù)量根據(jù)伸縮縫的最大伸縮量確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種離岸高樁碼頭長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述主軌道 (11)的兩端以及附軌道(16)擱置于底板(13)上；底板(13)上焊接兩個(gè)立板(14)，立板的 內(nèi)側(cè)設(shè)有壓板(15)，壓板通過螺栓與立板連接，主軌道及附軌道被限制在底板(13)、立板 (14)及壓板(15)所圍成的區(qū)域內(nèi)縱向滑行；在所述立板(14)上焊接頂板(18)用于防止 壓板(15)跳出并形成碼頭面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種離岸高樁碼頭長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的底板 (13)安裝于預(yù)埋螺栓(132)上，底板設(shè)有可調(diào)整底板位置的半開孔(131)，所述預(yù)埋螺栓在 鋪設(shè)軌道前預(yù)埋于現(xiàn)澆混凝土中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離岸高樁碼頭長(zhǎng)分段結(jié)構(gòu)，樁頂采用鉸接形式，使溫差變形產(chǎn)生的樁彎矩減小、適應(yīng)外海深水風(fēng)浪惡劣條件下施工的樁頂連接要求；距溫差變形平衡線25m以外的叉樁或斜樁均采用小橫向夾角布置，使溫差變形產(chǎn)生的樁軸力減??；距溫差變形平衡線25m以內(nèi)的叉樁或斜樁可沿縱向布置，以提高碼頭抵抗縱向水平力的能力；分段兩邊緣第一跨排架間距適當(dāng)減小，以降低縱、橫梁及樁的設(shè)計(jì)內(nèi)力；在伸縮縫處采用多小段間隙不超過20mm的軌道連接結(jié)構(gòu)，能滿足軌道機(jī)械平穩(wěn)過渡伸縮縫工作的要求。本發(fā)明成功解決了碼頭長(zhǎng)分段技術(shù)問題，分段長(zhǎng)度一般大于120m，可減小的排架承擔(dān)的水平力，降低工程造價(jià)，有利于采用大管樁(含PHC樁)代替鋼管樁。
文檔編號(hào)E02B3/04GK101949142SQ20101027663
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者程澤坤, 陳奉琦, 陳明關(guān) 申請(qǐng)人:中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司