Проектирование причальных сооружений

МИНИСТЕРСТВО 
ТРАНСПОРТА 
РФ

МОС КОВС КАЯ ГОСУДАРСТВЕН 
НАЯ
АКМЕМИЯ 
ВОДНОГО 
ТРАНСПОРТА

и" в. костин

ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ffiFвlrtlt 
FlI 
цl! 
!ъ, яяrя\F}rý'rf,rFl!lлrй
ý ý rич4ц', I Еrп ]riлл LqJцrrJrrri,Еп лп

Учебное 
пособие 
для студентов 
заочного 
обучения

Издател ьство <<Ал ьтаи pD
Москва - 2005

Библиотеt<m
мгАtsт

МИНИСТЕРСТВО 
ТРАНСПОРТА 
РФ

МОСКОВСКАЯ 
ГОСУДАРСТВЕН 
НАЯ
АКАДЕМИЯ 
ВОДНОГО 
ТРАНСПОРТА

Ц. В- Каеmан

ПРОЕКТИРОВАНИЕ
п ричАrI ьн ых сооружЕ ни Й

Учебное пособие для студентов 
заочного обучеция

Издател ьство <<Ал ьтаи р)
Пllосква - 2005

удк

И, В. Костин
Проеrсирование причал ьн ч1 с99руже!! й, Учебное пособие,

Й_: Иш-Ьо <Альтаир> мгАвт,2005 -77 с,,ил,22,

Учебное пособие <<Проекирование прич€rльных 
соор)ркений>> является до
полнением теоретического lrypca учебной дисциплины <<проект}iрованliе прича_

лов)>' 
основная задача пособия - закрепить теоретические знания и приобрести

навыки расчета причальных сооружений гравитационного типа, типа больверк и

соорркений на свайном основании,
дlя сryдентов заочного отделения гидротехнической специальности и ин
женерно-технических работников водного транспорта,

рецензент - докгор технических наук, профессор в, Д, Костюков,

изоаеmся по решенuю Учебно-меmоачческоео совеmа мгдвт,

i бttLry р пАчАmЬ 
мАп
оmвеmсmвенносmь за_оформлеlнuе u cФeplkaHue переOаваeмьtх в печаmъ маmерчалов

несуm авmоры ч кафеорi aikaoeMuu, вьlпускающuе учебно-меmоOчческче маrперчапы,

@ мгАвт, 2005
@ И. В. Костин, 2005

i,[,

СОДЕРЖАНИЕ

ввЕдЕниЕ

1, ЕСТЕСТВЕННЫЕ УСЛОВИЯ УЧАСТКА СТРОИТЕЛЪСТВА

1 . 1. Ветро-волновой режим
'I .2. Геологические условия

2. оснавныЕ положЕния рдсчЕтА конструкциЙ по прЕдЕлъным
состояниям

З. НДГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ НД ПРИЧДЛ ОТ СУДОВ
3.1. Нагрузки от навала пришвартованного судна
3.2, Нагрузка от натяжения швартовов
3,3. Энергия навала при подходе судна к причалу

4, РДСЧЕТ НДБЕРЕЖНОЙ ИЗ МДССИВОВОЙ КЛДДКИ
4.1 . Общие положения
4.2, Расчетные данньlе
4.3. Первый расчетный случай
4.3.]. Учеm шварmовной наерузкu
4,3.2. Посmроенче эпюры акmчвноео 0авленuя ерунmа
4.3.3, Опреаеленче еорuзонmальных счл u опракudьtваюшuх моменmов

4.3.5. Опреаеленче нормальных напряженчй
4.3.6. Проверка усmайччвосmч саоруженuя
4.4, Второй расчетный случай
4.4.1. ОпреOеленче опракчOывающuх моменmов
4.4.2. ОпреOеленче уаержчвающuх моменmов
4,4.3, ОпреOеленче напряженuй
4.5, Третий расчетный случай
4.5.1, Расчеm наOсmройкч на усmайччвосmь
4.5.2. ОпреOеленче нормальных напряженчй
4.6. Четвертый расчетный случай
4.6.1. ОпреOеленче эквчваленmной наерузкч оm крана
4,6.2. ОпреOеленче нормальных напряженчй на каменную посmель
4.6.З. Опреdепенче нормальных напряженчй на ерунm основанuя
4,6.4. ОпреOеленче высоmы каменной посmелч

5. РДСЧЕТ ТОНКОЙ СТЕНКИ ИЗ МЕТДЛЛИЧЕСКОГО ШПУНТД

5. 1. Основные элементы конструкции
5.2. Общие положения расчета

6
6

,t0

10
11
12

14
14
15
17
17
17
22
2з
24
25
27
27
27
2в
2в
2в
30
30
з0
31
32
32

33
33
33
5.3. Расчетные данные
5.4. Расчет лицевой шIIунтовой стенки
5,4,1. Посmроенuе расчеmной cxeMbt
5.4.2, ОпреOеленuе эквчваленmной крановой наерузкч
5.4.3. Вьtччсленче орduнаm эпюрьl акmчвно2,о 0авленuя ерунmа
5.4.4. Вьtчuсленuе орduнаm эпюры оm возОейсmвuя эксплуаmацuонной наерузкu_36
5.4.5. Вьtчuсленuе opOuHam суммарной эпюрьl акmuвноео Оавленuя ерунmа_3В

35
36
36
36
36

зв
39
39

5.4.6. Вьtччсленче opOuHam эпюрь! пассчвноzо
5.4.7. Вьtчuсленuе орOuнаm обще0 суммарной
сопроmчвленчя ерунmа

5.4.8. Посmроенче мноеауеольнчка счл
эпюрьl

5,4.9, Посmроенче веревочно0 крuвой
5.4.10. ОпреOеленче реакцuч в анкере
5,4.1 1. Опреdеленче елубuны поеруженuя шпунmа
5.4.12. ОпреOеленче uзеuбающеео моменmа в пропеmе
5.4.13. ПоOбор muпа шпунmа
5.4.14. Расчеm распреOелumельноео пояса
5.5. Расчет анкерной плиты

6, рдсчЕт ндБЕрDкноЙ 
"67дуд,Qного 
типд
нд копонндх-оБолочкю(
6.'t. Общие положения
6.2. Разрабожа конgтруктивной схемы
6,3. Расчетные данные
6.4. Определение нагрузок, приходяtциl(ся на ригель
6.4.1, Наерузка на рuеель аm йейсmвuя futreHtюa веса Bepx1ezo сmроенuя
6.4.2. Э кс плу а m ацч о н н ая р ас п р еdi еп е н н ая н аерузка на рu Фл ь
6.5. Определение нагрузок на ригель от действия танспортltых средств
6,5.1. Наерузка оm dейсmвuя порmалъньtх кранов
6.5.2, Наерузка оm dейсmвuя железноОарожньtх сосmавов
6.6. Определение горизонтальных нагрузок на ригель
6,6.1. Шварmовная наерузка
6.6,2. Наерузка Ьm навала суdна
6.7. Глубина защемll€ния 
свай в rрунте
6.8. Расчет paмbi
6.9. Расчет глубины погружения свай в грунт

7, РДСЧЕТ УЗКОГО ПИРСД ЭСТДКМНОГО ТИПА
7.'1. Общие положения
7.2. Расчет упругого центра секции
7,2.1, ОпреOеленче коорOuнаm упруеоео ценmра
7.2,2. Опреаеленче усuлuй оm еOuнuчньtх смещенuй
7,2.3, ОпреOеленuе уепа повороmа секцuu

ПИТЕРАТУРА

39
40
{,l
41
42
4а
..l3

45
45
45
47
48
49
50
50
50

5,t
52
52
53
сл
iJJ
El
iJ+
57

59
59
59
59
60
61
61

62

77

ввЕдЕниЕ

Учебное пособие предназначено для сryдентов заочного обучения по специальности 29,04 <<Гидротехническое строительство)), выполняющих курсовой
проект <<Проекирование причальных соор}Dкений> по дисциплине <<Проектирование причалов).
В пособии изложены методьl расчетов портовых причальных соорркений
гравитационного тиfiа, типа больверк и причалов на свайных основаниях, В приложении даны необходимые для расчетов справочные данные, пример оформления тиryльного листа и соGтав листов чертежей, а Talot(e варианты заданий на
проекгирование.
Выполнение курсового проекга <<Проеiсирование riричальных сооружений>l
позволяет сryдентам закрепить теOретические знания и приобрести навыки расчета причальных конструкций.
Оформление цурсового проеша требуется полностью вьlполнить на компьютере. Пояснительная записка должна быть выполнена с применением текстового
редаffора Microsoft Word версии 6.0 и выше на стандартFlых листах формата А4
(210х297 мм); при этом поля должны составлять: верхнее - 20 мм, нижнее - 20
мм, левое - 30 мм, правое - 't0 мм. Разделы, подразделы и пункты записки должны быть пронумерованы; введение, содержание, заключение и список литераryры
не нумеруются. Рисунки и таблицы нумеруются в соответствии с разделом, в ко_
тором они расположены. Таш<е необходимо выполнить нумерацию страниц, при
этом н)йfiо учесть, что первой страницей явlтяется титfr-iьньiй J,iист, номер на котором не ставится.
Пояснительная записка должна содержать листы чертежей, выполненных
На стаНдартных лиGтах формата А3 (420х297 мм). Вычерчивание чертежеЙ необходимо производить при помоlли программы AutoCAD версии 14 и выше с соблюдением всех правил оформление чертежеЙ. Содержание листов чертежей приведено в приложении.

r'ji
&ýý,

1. ЕСТЕСТВЕННЫЕ УСЛОВИЯ УЧАСТКА
гтрrrтлтЕ,пLгтр д

1. 1. вЕтро-волновой рвжим

В этом разделе описывается ветро-волновой режим бассейна, в зоне которого расположен порт. 3десь необходимо )lказать наименование бассейна, длительность навигации, приливно-отливные параметры моря, волновые условия1, а
таюке повторяемость направлений и градаций скоростей ветра по примеру таблицы'|.1.

, 
1.2. гЕологиIIЕскиЕ условия

Геологические условия площадки строительства задаются в задании на
проектирсвание. Характеристики грунтов, требующиеся для расчетов, но не заданные в задании, принимаются в соответствии с приложением 1.
Представление геологических условий производится в соответствии с примером, приведенными в таблице 1.2. Форма в таблицы 1.2. может изменяться в
зависимости от характеристик грунтов, заданных в задании на проектирование.
Геологическая колонка также представляется на одном из листов чертежей курсового проекта.
При расчете причальных сооружений необходимо учитывать изменение
удельногс веса грунта в зависимости от его состояния: сухого или взвешенного
под водой.

Таблuца 1.1.
п
}ffiрqвдЦ,м/с ,.
,G
Gв,
в
юв
ю
юз
з
сз
lllтипr
Сумма

>20
14-19
9-13
4-8
1-3

oil
1,55
4.93
3.6s

0.16
1.06
4.77
1.тз

0.38
3.05
5.65
1.43

0.49
2,о5
3,52
1,32

о.Ьl
0.46
4.20
3.00

o.zo
9,01
5.46

о.Ь+
0.79
5.,16
2.2в

о.72
4,92
10.75
3.01

2,11
,14.08

47.99
21.89
Штиль
1з.93
,13.93

CvMMa
10.47
7,72
10.51
7.38
7.67
14.67
8,25
19.40
13,9з
100
Макс:
2о
16
18
2о
16
12
,tб
18

' ;lo заданию данного курсового проекта

Таблuца 1.2.
основные показатели физико-механических свойств грунтов
iо
ý5
trq
6{J
уF-0
ФФ

=о

ЕЕо
о
,дF(,оЕJо
.,Е

Описание пород

(J
0,
Ф,;ъ
Еt
>l.
$*
юо

9=
лS
h:E
Ё9Ф
ýЕ
gB
оЕ

Б;
siэ
5о
SF89 8а
оо
оtr

l
Фо.
}_
ciF trл
bS"a

Фqо

l
Б*>
()t
Фоо
То
Ё9
>ь

доaN
Фs>
Ets=
_ =.д
Ёоlс
*=,
о
=

7.40
1,30

Суглинок светлокоричневый, мягко
гlластичныИ с дресвой и щебнем до 152оо/о

19,9
0,01
0,63
18
30
21 з00

6,90
0,50
20,з
0,2
0,58
18
,15
20000

2,50
4.4о

Суглинок бурокоричневый с прослоем песка
18,1
0,02
0,61
19
20
21 000

0,6
1.90
Песок крупный
18,5
0,6
30
0
30000

0,10
0,50
Супесь светлосерая
onn
a-vrv
zh
лА
na
пЁ
э7ппп

-1,40
1,50

Суглинок светло- 
,
серый с прослойками крупного песка
20,0
0,01
0,6з
18
30
214оо

-2,10
0.70
ffресвяной грунт с
счпесью до 10оlо
21,0
0,45
33
0
38000

-6.50
4,4о
22,о
о,2
з,1
5
45000

2. основныЕ положЕния рАсчштл Iш[шс[рукциЙ
ТТrt тТDU' пЕ' пL ТIl_rпrf a'la-ra/-тJъgшш,ffi
r! \_' lll 
12 Аr2 
а' L l-Dl1_1riiv-r 
v \' \-, l \rrl1_1-1_arl.!l'1

Расчет причальных сооружений в курсовом пр(ЕItв (rclml }ra проепироBаНИИcoopyЖeHиймeтoдаМипpeдeлЬHЬlxcoстoяний.пфШfiЬlB€tётcясoстояния, при достижении которого конструкция пересгает рншрягь 
заданным эксплуатационным требованиям.
Установлено две группы предельных состоянuй- Пер еgуruв Фmвеmсmвуеm поmере несущей способносmч uлч полной непрuйr(rcпш к эrсплуаmацuч консmрукцчч trлu основанuя. По первой группе выпоJIнякrтця расчеты прочности, устойчивости и выносливости, Вmорая еруппа преdелыьtх юсmоянuй
учumываеm факmоры, заmруOняющче нормальную эксплуаmацuю консmрукцuй
члч основанuй, этой группе соответствуют расчеты деформаtlий в результате
осадок, прогибов, кренов, горизонтальных перемещений, а таюке расчеты по об
PcrovE)crПylrv yl Paig]\yE'l l ylru l УЕIД{УlП.
По первой группе предельных состояний (по потере несущей способности
или непригодности к эксплуатации) рассчитываются:
,/ общая усmойччвосmь сооруженuя в целом, а для причальных сооруэкений
эстакадного типа и _ подпричального откоса, по круглоцилиндрическим 
и
ломаным (фиксированным) поверхностям скольжения (сдвига);
,/ усmойччвосmь по схеме пласкоео cOBuea, по швам массивовой шtадки, по
постели и совместно с ней, а также на сдвиг надстройки, когда последняя
не омоноличена с основной конструкцией стенки, и на опрокидывание (поппппт) Rпкп\/г rrрбпа Rпаl!lания лпя ппичапь.ныy соопчжений гпавитаttионl.-..r'.r_-г_....'--....'r-.---rl.Г-.-ного типа;
,/ усmойчuвосmь на повороm лuцевой сmенкч больверков оmносumельно
mочкч крепленuя анкера при свободном опирании низа стенки или частичном ее защемлении;
,/ усmойччвосmь массчва ерунmа, нахоdящееося пере0 aHKepHblMu сmенкамч члч анкернымlt плumамu и обеспечивающего анкерное крепление конструкции типа "больверк";
,/ несущая способносmь (прочносmь) консmрукmчвных элеменmое причальных сооружений и их оснований;
./ несущая способносmь свай на воздействие горизонтальных и вертикальных нагрузок;
,/ консmрукцuч на mемпераmурные ч влажносmные возdейсmвчя (на влияние внешней среды);
,/ усmойччвосmь формьt консmрукцuчi
,/ элеменmы консmрукцчй на вынослчвосmь при многократно-повторных 3агружениях.

По вmорой еруппе преdельных сосmоянuй (по долговечности) по Непригодности к нормальной эксплуатации (по деформациям и трещиностойкости)

рассчитываются:
./ верmuкальные осаdкч, еорuзонmальные перемещенчя ч уzлы поворсmа,
0опускаемъ!е проечбьt пролеmных сmраенчй железобеmонных u сmальных кансmрукцчй;
,/ железобеmонные преOварumельно напряженные KoHcmpyqujJu по образованчю mрещuн;
,/ железобеmонные консmрукцllч по раскрыmчю u закрьimчю нормальньlх u
наклоннъж mрещuнi
,/ колебанuя консmрукцчй.

Расчет на прочность конструкций, работающих в условиях сложного наПРяЖеННоГо состояния (сооружения, взаимодействующие с грунтом), для которых
еЩе Не разработаны способы определения усилий и напряжений с учетом неуп_
ругих деформациЙ, допускается производить исходя из условий, при которых
наибольшие напряжения, определяемые по упругой стадии работы, не превышают соответствуюlлих расчетных сопротивлений

ry
y r,,F . ЩR
Тп
где 
уб -' коэффициент сочетаний нагрузок, принимаемый равным
предельным состояниям первои группы:
о .Qля основного сочетания нагрузок и воздействий в период нормаль_
ной эксплуатации yr"=i .0;
о то же для перИода строИтелЬства И реМоНта у;"=0.95;
с flля особого сочетания нагрузок и воздействий у6=0.90;
. прИ расчетах по второЙ группе предельных состояний у;"=1.0;
F - расчетное значение обобщенного силового воздействия (сила, момент, напряжение), деформации или другого параметра, по которому производится оценка предельного состояния в элементе (конструкции);
R- расчетное значение обобщенной несущей способности, деформации
или другого параметра, устанавливаемого нормами проектирования для конструктивного элемента (конструкции) ;
у" - коэффициент условий работы, учитыва}ощий тип сооружения, конотрукции или основания, вид материала, приближенность расчетных схем, вид
предельного состояния и другие факгоры, принимаемый равным:
о для причальных и берегоукрепительных сооружений у" = '1.15;
о flля анкерных тяг у. =1,0;
о ýля откосов т.=1,0,
yn - коэффициент надежности по ответственности ( назначению ) сооружения, учитываюlлий капитальность и значимоGть последствий при насту_
плении тех или иных предельных состояний; в расчетах по предельным состояниям первой группы принимается для класса сооружений:
. l класс yn=1.25
о ll класс yn=1,20;
. lll класс yn=1.15;
. lV клlасс yп='1 .10;
в расчетах по предельным состояниям второй группы yп=1.0,

Одним из основных в расчетах по предельным состояниям является коэффuцuенm нааежносmч па наеруз*" r, (на ранних этапах он назывался коэффициентом перегрузки). В процессе эксплуатации сооружения моryт возникать
такие ситуации, которые создадrг нагрузки больше или меньше нормативных.
Изменчивость нормативных нагрузок учитывается введением коэффици€нтов 
ff
(приложение 3). Расчетная нагрузка составляет
Ql=ф yr
(2,2)

Коэффuцченmы наOежносmч по маmерuапом тm u ерунmам yn (на ранних
этапах они назывались коэффициентами неоднородности материалов) учитывают возможные отклонения от нормативной прочности и других характеристик материалов и грунтов в неблагоприятную сторону.

(2.1)

в расчетах по

l

3. НДГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ НД ПРИЧД"П ОТ СУДОВ

3.1. нлгрузкл от нлвллл 
ртовлнноrо с!щнл

значения скоростей ветра зависят от географического полоIения у{астка
побережья, Скорости ветра принимаются при определении:
./ обычных нагрузок - 2а-24 Mlc;
,/ штормовых нагрузок - 34-40 м/с.

Скоросmной напор ветра (в кН/м2) вычисляется по формуле
о= V' 
(з1)
, 1600
где 
И - скорость ветра, м/с.

fiроаольная Liлч поперечная суммарная нагрузка на судно от,Q?Вl-iеНИЯ ВеТРа

(в кН)
Nв =Сх уxqxFn 
(3 2)
где 
с -аэродиНамическиЙ безразмеРный коэффициент ( с = 0.8 при определении про
дольной нагруsки И с = 1.2 при определении поперечной нагру3кИ от ветра на

судно);
х - безразмерный коэффициент, учитываюц{ий неравномерность давления вет
роВогСпотокаНаНадводНУ}оЧастЬсУдНа,пDИНИМаетсяраВНыМ:

Lc 
<25 гчi 50 ги 10О г"r >200 Mi
х 
1,00 0.В0 0.65 0.50

L. - наибольшая протяженность в горизонтальном (поперечноМ или продоль
ном) направлении силуэта надводной части судна, м;
g - скоростной напор ветра, т/м2;
Fн - парусность надводной части судна (площадь проекции надводноЙ части

судна на продольную или поперечную вертикальные плоскости, т.е. боковая или
лобовая парусность), м'.

Боковая парусносmь судна в порожнем состоянии (в м2)
F" = kL"2 
(3 з)
Где 
L"- наибольшая габаритная длина судна,

k = о12 - 0.08. Большие значения относятся к пассажирским и сухогрузным су
дам (высОкие борта); меньщие - для наливных судов и углерудовозов (с низкими

бортами).

наерузка оm навала на прuчал прuцJварmованноео суOна обуславливается

давлением ветра и течения на судно в сторону причала.

Линия действия нагрузки N" предполагается нормально к линии кордона

и проходит под центром парусности еудна.
При навале судна на длинный в плане причал нагрузка передается не по

всей длине судна, а только на участке прямолuнейной всmавкu /u на уровне от
бойных устройств
/" = (0.3 _ 0,6)L" 
(3 4)

10

погонная нагрузка на причальное соорркение от ветрового нав€rла судна (в

кН/м) определяется по следующим формулам

Р" =lff - при Ln>_l"i

'"=s 
-при Ln<!",

(3.5)

где 
/" - длина полосы контакта, м;

k,=i.1- поправочный безразмерный коэффициент, учитываюtций эксцентриситет

мех(ду линиеЙдействия равнодействующеЙ N" и серединоЙ полосы контакта;

L,, - длlина причала.

в случае стоянки судна у отдельных палов нагрузка от ветрового навала

распределяется в виде сосредоточеннь!х сил и определяется по формуле
р"г=k,Д". 
(з.6)
I* 
Пп 
'
где 
k" = 1.З - коэффициенТ неравномерности распределения нагрузки мех{ду палами;

Пп - ЧИСЛО ПаЛОВ,

3.2.НАГРуЗКАоТiiлТЯжЕНЙЯiIIВАРТоВоВ

натяжение швартовов происходит при давлении ветра на судно в направ_

ленииотприЧалЬноГосоор}DкеНияВсторонУlкВ-атории,приторможенИИшВар.
ryющегося судна, действии волнения или тяryна, дейст9ия течений

Швартовы закрепляются на соор}Dкении к ryмбам или рымам, поэтому

швартовнце нагру.*й rrп"отся сосредоточенн_ыми силами, Швартовное усилие

считается приложенным примерно на высоте 30-40 см оТ отметкИ кордона, рас
четная схема представлена на рис,3,1,

Q,

NT

Рис.3.1.СхемакопределениюlllвартовноЙнагрУзки