收稿日期：2018-02-24
作者简介：陈 新（1986-），男，硕士，河南三门峡人，中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，海工结构新材料及维
护加固技术湖北省重点实验室，工程师，从事水运工程结构设计和研究。
陈 新，王晓丽，孙世伟
摘 要：本文以湛江港某码头为例，分析风暴系船柱基础的受力特性、设计要点和计算方法。创新性地提出在抗滑稳定计算中引入折减被动土压力的计算方法，既可发挥基础前被动土压力的有利作用，也可使结构设计更加经济、合理，为以后风暴系船柱的结构设计提供一定借鉴意义。 关键词：风暴系船柱；基础设计；计算分析；被动土压力折减 中图分类号：U656 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2018）05-0007-02
一、引言
近些年，由于经济的全球化需要在全球范围内对物资、原材料、零部件及整体商品进行运输和配置，这对靠泊大型、
超大型船舶的港口建设提出了更大的挑战。大型港口的防风抗台设施的设计就显得尤为重要。本文以湛江港某码头为例，对风暴系船柱基础的设计要点进行了分析，为以后重力式风暴系船柱基础的设计计算提供了参考。
二、计算方法 1．整体稳定性验算系船柱
重力式风暴系船柱应进行整体稳定性验算。主要包括沿
基础底板的抗滑稳定性验算和对基础前脚的抗倾覆稳定验算。由于风暴系船柱基础受力特性和重力式码头相似，参照重力式码头的相关公式[1]。适当考虑被动土压力影响，将被动土压力进行一定程度折减
[2]
后引入验算公式，根据王旭东
[3]
的研究，挡土墙挤土的位移量与挡土墙达到主动土压力时的位移量的大小相等，方向相反时，被动土压力的折减系数会随着内摩擦角φ的变化而变化，变化范围约为0.10~0.76。其两者关系曲线如下图1所示。采用最小二乘法对曲线进行多项式拟合，最终得到被动土压力系数K 折减与土体内摩擦角
φ的关系如下：73
2100.0330.915K ϕϕ-=-⨯-+折减。
图1 被动土压力折减系数与内摩擦角关系图 故沿基础底板的抗滑稳定性验算公式如下：
011
()(E H PW W PR RH E qH G
E V PR RV d E P P E G E P γγγγψγγγγψγγ+++≤
+-+ 011()()E H PW W PR RH E qH G E V PR RV E qV EP P d E P P E G E P E K E f γγγγψγγγγψγγγ+++≤
+-++折减
对风暴系船柱基础前脚的抗倾覆稳定验算公式如下：
(1
)(2
0EV E G G d EqH E PR PR PW PW EH E M M M M M M ψ
γγγψγγγγγ++≤+++ )(1
)(2
0EqV E EV E G G d EqH E PR PR PW PW EH E M M M M M M M ψγγγγψγγγγγ++≤+++
式中式中：γ0、γE 、γPW 、γPR 、γG 、γEP 分别为结构重要性系数和主动土压力、剩余水压力、系缆力、重力、被动土压力的分项系数；Ψ为作用组合系数；E qH 、E qV 、P RH 、P RV 分别为总
主动土压力和系缆力的水平、竖直分力标准值；f 为沿计算面的摩擦系数设计值；M EH 、M EV 、M EqH 、M EqV 、M PW 、
M PR 分别为永久作用总主动土压力产生的倾覆、稳定力矩和
剩余水压力、系缆力产生的倾覆力矩；f 为沿计算面的摩擦系数设计值；γd 1为抗滑结构系数，取1.0；γd 2为抗倾结构系数，取1.25。K
折减
为被动土压力折减系数，将内摩擦角
φ=24°带入拟合公式求得K 折减=0.3。
2．基础结构承载力计算
基础的承载力计算一般包括2个部分： （1）基础底板抗弯承载力计算和裂缝验算 （2）基础底板的抗冲切承载力计算
对于抗弯承载力计算和裂缝验算，采用规范中普通板类受弯构件的受弯承载力和裂缝计算方法。对于抗冲切承载力计算，采用规范中矩形截面柱阶形基础受冲切承载力计算公式[4]。
07.0h b f F F m t h lu l β=≤ 三、工程实例计算 1．工程资料
8 中 国 水 运 第18卷 该15万t 级散货船码头共设置6个1,500kN 防风系船柱，每个系船柱设置一个重力式混凝土基础。系船柱基础尺寸为8.1*8.0*2.7m ，基础顶面与堆场地面平齐。基础内部回填块石配重。具体尺寸和构造见下图2、3。
图2 风暴系船柱基础平面图
图3 风暴系船柱基础A-A 断面图
（1）基础后方回填砂重度18kN/m 3，内摩擦角32°；前沿及内部回填块石重度17kN/m 3，内摩擦角45°；
（2）基础混凝土等级C30，主筋采用HRB400钢筋，双向Φ20@200，钢筋主筋到混凝土边缘距离a s =50mm 。
2．风暴系船柱基础受力分析 （1）静力分析
1）有系缆力作用时，风暴系船柱基础受力图如下：
图4 风暴系船柱基础受力图
混凝土基础及内部回填自重：
G 3,134kN V V γγ=+=砼砼填填
基础后方回填砂单宽主、被动土压力标准值：
11.06kN/m 382.40kN/m H P E E ==；
2）无系缆力作用时，风暴系船柱基础底板受到的净反力最大。荷载基本组合下，净反力设计值为：
29.40kN/m
j G G p h S γγ⎛⎫=-= ⎪ ⎪⎝⎭
填填底面积 （2）风暴系船柱基础底板内力计算
本工程基础包含2个底板，每个底板长宽为4.6*3.45m ，为四面固结支撑双向板。
根据静力手册计算跨中单宽弯矩设计值最大值： 1/61/64.425kN m 2.574kN m x y M M μμ===⋅=⋅；
同理，弯矩准永久值最大值：m kN 63.2⋅=q M 每格底板受到的冲切力设计值：149.18kN l s j F A p == 3．结构计算
（1）整体稳定性验算 1）抗滑稳定性验算
将主要计算参数带入到公式1中，左边=1,729.63kN ＜右边=2,713.38kN ，故抗滑稳定性满足要求。
2）抗倾覆稳定性验算
将主要计算参数带入公式2中，左边=6,809.86kN 〃m ＜右边=8,579.56kN 〃m ，故抗倾覆稳定性满足要求。
（2）基础底板抗弯承载力计算和裂缝验算 1）基础底板抗弯承载力计算
根据规范中正截面受弯承载力公式，由于'2x a <，则'0()169.56kN u y x s M f A h a =-=，故底板抗弯承载力满足要求。 2）基础底板裂缝验算 最大裂缝宽度
max 123
0.010.250.3 1.4sl s te c d W mm mm E σαααρ⎛
⎫+==< ⎪+⎝⎭
故基础底板裂缝宽度满足要求。 （3）基础底板的抗冲切承载力计算 00.71,348.85lu h t m l F f b h kN F β==>
故基础底板的抗冲切承载力满足要求。 四、结语
（1）在进行风暴系船柱基础设计时，除系船柱基础外的部分可以设置成薄壁结构，并进行块石回填。这样可以在满足结构安全的前提下节约混凝土和钢筋用量。而且避免了采用实体结构时大体积混凝土浇筑时的温控难题。
（2）确定风暴系船柱基础结构受力时，可以考虑基础前被动土压力的有利作用。但是考虑到结构安全和被动土压力的形成需要很大的位移量，故在进行抗滑稳定性验算时将被
动土压力乘以一个与内摩擦角有关的折减系数。
（3）风暴系船柱基础不仅需要满足结构安全方面的要求，其平面布置也十分重要。既要保证各系船柱之间受力均衡，也要考虑在风暴工况下最大系缆角度时的船舶稳定性。
参考文献
[1] JTS167-2-2009，重力式码头设计与施工规范[S]. [2] 王钊等.挡土结构上的土压力和水压力[J].岩土力学，
2003，（2）：146-50.
[3] 王旭东等.被动土压力折减系数的研究[J].工业建筑，
2003，（33-1）：29-31.
[4] JTS 151-2011，水运工程混凝土结构设计规范[S].
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