PAGEPAGE12《港口水工建筑物》課程學習指南第一部分課程學習的目的及總體要求一、課程學習的目的本課程目的是通過課堂講授、課外作業和實驗等教學環節使學生掌握港口水工建筑物設計計算的基本理論、構造知識和設計方法，并通過實踐性教學環節，對計算、整理編寫設計文件、繪制施工圖等基本技能進行訓練，為今后能順利地從事港口工程項目的規劃、設計、施工、管理等工作打下牢固的基礎。二、課程的總體要求結合生產實際介紹國內外的筑港理論、經驗和先進技術，使學生學會綜合運用基礎課、專業基礎課和專業技術課知識進行港口及有關水工建筑物設計，掌握港口碼頭建設所需要的基本理論知識，初步掌握港口碼頭及修造船水工建筑物的總平面布置的基本原則、基本理論，掌握各種碼頭結構、防波堤和修造船水工建筑物以及江河、海岸護岸支擋水工建筑物等的設計原理、計算方法及計算理論。三、課程教材選用本課程教材選用上一屆高等學校水利學科教學指導委員會港口航道與海岸工程專業教學指導分委員組織編寫的《港口與海岸水工建筑物》。該教材為全國港口航道與海岸工程本科專業核心課程教材，由天津大學王元戰教授任主編，組織河海大學、大連理工大學、重慶交通大學、長沙理工大學、東南大學等編寫。第二部分理論教學的基本要求第一章緒論1.本章的學習要求⑴應了解國內外港口的發展歷程、建設成就及發展趨勢。⑵應掌握我國交通建設項目的建設程序、港口工程設計所需的基本資料。⑶應了解《港口建設項目預可行性研究報告和工程可行性研究報告編制辦法(交規劃發2009【712】)》和《港口工程初步設計文件編制規定（JTS110-4-2008）》2.本章思考題⑴我國交通建設項目的建設程序。⑵基本設計資料及其使用。第二章碼頭概論1.本章的學習要求⑴應掌握碼頭的分類和組成⑵應掌握作用的分類及作用的代表值⑶應掌握碼頭結構的極限狀態、設計狀況、作用（效應）組合、極限狀態設計表達式。⑷應熟悉《港口工程結構可靠性設計統一標準（GB50158-2010）》⑸應掌握堆貨荷載、鐵路荷載和流動起重運輸機械荷載，熟悉汽車荷載和人群荷載。⑹應了解船舶荷載的影響因素，掌握船舶荷載的計算方法。⑺應掌握港口工程中土壓力計算，熟悉水流力、冰荷載和地震荷載等其它荷載。2.本章復習思考題(1)碼頭由那些部分組成？各部分主要作用是什么？(2)碼頭按結構型式分類有那些型式？它們各有什么優缺點？按斷面型式分又有那些？他們各自的最佳適用條件是什么？(3)按可靠度設計理論設計的港工建筑物，應在規定的使用時間內能滿足哪些功能？(4)何謂可靠度？超越承載能力極限狀態和正常使用極限狀態主要有哪些表現？(5)在進行港工建筑物設計時應考慮哪些設計狀況？各設計狀況有何設計要求？(6)作用的分類有那些？作用的代表值有哪些？作用的標準值如何確定？(7)作用效應組合的原則是什么？在進行作用（效應）組合時應考慮哪些組合？水位又如何考慮？(8)堆貨的影響因素及不同區域堆貨量值如何確定？(9)門機荷載的取值原則？(10)火車荷載的取值原則及加載規定？(11)系纜力、擠靠力、撞擊力產生的因素有那些？在計算中主要考慮什么因素，如何計算？(12)庫侖、朗肯理論的適用條件是什么？港口工程中各種情況（如卸荷板下、墻后有拋石棱體時、地面輪廓復雜等情況）下土壓力如何計算？(12)推導楊森公式，計算儲倉壓力。(13)什么叫地震荷載，考慮地震荷載的一般規定是什么？地震荷載有那些？(14)了解地震波的類型及其影響、地震震級與烈度。(15)明確港工建筑物抗震設計的要求。(16)了解地震作用的類型，掌握各種地震作用的計算方法。第三章重力式碼頭1.本章的學習要求⑴熟悉《重力式碼頭設計與施工規范》（JTS167-2-2009）。⑵熟悉重力式碼頭的結構型式、特點和適用條件。⑶明確重力式碼頭的一般構造作用及其要求。⑷掌握重力式碼頭上各種作用標準值的確定原則、計算方法及可變作用的最不利布置。⑸掌握重力式碼頭的計算內容及計算方法。⒃熟悉塊體碼頭、沉箱碼頭、扶壁碼頭的類型、組成、特點及其構造要求，和相關計算。⒄了解大直徑圓筒碼頭、格形鋼板樁碼頭的工作原理、基本組成、結構特點，以及墻前、墻后和倉格內的土壓力計算。2.本章思考題(1)重力式碼頭的組成部分及各部分的作用式什么？(2)重力式碼頭基礎的型式及其適用條件是什么？(3)拋石基床的作用，型式、適用條件是什么？基槽底寬如何確定？(4)為什么拋石基床頂面要預留沉降量？有些什么要求？(5)重力式碼頭為什么要設置變形縫？位置如何考慮？(6)胸墻有何要求？其底部高程怎樣確定？(7)圖示墻后拋石棱體的幾種型式，各種型式有何特點？(8)圖示可分層倒濾層的構造，倒濾層的作用是什么？(9)明確墻后填料選擇的原則，計算土壓力時填料容重按什么原則選取？(10)碼頭地面使用荷載考慮哪幾種布置情況，并指出各布置型式的驗算內容。(11)重力式碼頭一般計算內容有那些？考慮的荷載有那些？計算時如何確定主導可變作用？(12)試說明重力式碼頭在穩定性驗算怎樣考慮船舶荷載和波浪力？(13)用圖說明合力與前趾距離ξ>B/3，e<B/6；ξ=B/3，e=B/6；ξ<B/3，e>B/6時基床應力如何計算？上述情況相應的地基應力如何計算？規范對ξ和基床應力有什么規定？為什么？(14)塊體碼頭斷面設計的原則有那些？為什么說采用俯斜墻、卸荷板和減壓棱體結構時有減小土壓力作用？(15)當采用俯斜墻衡重式斷面時，垂直合力作用點距后趾a，對非巖基a≮B/3，巖石地基a≮B/4，試分別證明：對非巖石地基，頂寬/底寬≤1.6，對巖石地基，頂寬/底寬≤1.9。(16)無底空心方塊碼頭抗傾、抗滑穩定驗算的特點是什么？(17)沉箱碼頭的接縫有什么形式，分別適用于什么條件？構造如何？(18)沉箱內為什么要設置縱橫隔墻？在隔墻上為什么要挖孔？(19)沉箱外壁、底板的計算荷載及計算圖示如何考慮？(20)圖示說明沉箱浮游穩定規律？當采用壓載水浮運時，定傾半徑考慮了什么因素的影響？(21)翹尾扶壁，翹尾的作用是什么？雙肋扶壁肋板間距怎樣確定？(22)圖示扶壁碼頭接縫及倒濾設施的構造。(23)分別說明沉箱、扶壁碼頭外形尺寸：長、寬、高的確定原則。(24)分別敘述扶壁碼頭的立板、底板、肋板的荷載特點及計算圖式？(25)大直徑圓筒碼頭的尺度：高度、直徑、厚度確定原則是什么？(26)大直徑圓筒碼頭底部構造型式及作用，上部結構與卸荷板型式與作用各是什么？(27)大直徑圓筒碼頭填料防漏措施有那些？(28)重力式碼頭按墻身結構分類有那些型式，它們的優缺點和適用條件是什么？(29)了解各種重力式碼頭的施工技術與方法。第四章板樁碼頭1.本章的學習要求⑴應熟悉《板樁碼頭設計與施工規范（JTS167-3-2009）》。⑵應掌握板樁碼頭的基本組成部分及其作用，施工工序。⑶應掌握板樁碼頭的結構型式、特點及適用條件。⑷應熟悉板樁碼頭的一般構造與要求。⑸應掌握板樁碼頭上的作用及其（效應）組合。⑹應掌握無錨板樁墻、有錨板樁墻的計算。⑺掌握板樁碼頭的錨碇系統類型及其設計計算方法與要求。⑻掌握板樁碼頭相關構件強度等計算方法與要求。2.本章思考題(1)板樁碼頭的組成部分及其作用是什么？板樁碼頭有那些類型，各自的優缺點及適用條件是什么？遮簾式板樁碼頭和卸荷式板樁碼頭有何特點？(2)鋼筋砼矩形板樁的構造有那些？（型式、尺寸、立面、接縫、配筋等）。(3)錨碇結構常用型式及它們的受力特點是什么？錨碇叉樁及斜拉樁宜布置在板樁主動破裂面以外的目的是什么？(4)拉桿的位置在高程上宜選在何處？減小拉桿撓曲及防銹措施有那些？(5)板樁設置排水設施的目的及其構造有那些？(6)板樁墻的主要設計荷載有那些？板樁墻的土壓力的特征有那些？其影響因素或原因是什么？考慮剩余水壓力的影響因素有那些？如何考慮此荷載？船舶荷載如何考慮？(7)設計板樁碼頭時，應考慮哪些設計狀況？按承載能力極限狀態設計有哪些計算內容？在進行作用效應組合時，水位如何考慮?(8)為什么要考慮超深和最大沖刷水深情況？地面荷載布置，當計算板樁跨中最大彎矩時和板樁最大負彎矩及最大拉桿拉力時，分別該如何布置？為什么？(9)單錨板樁有那幾種工作狀態？計算單錨板樁用彈性線法時，板樁的工作狀態特征，計算圖式及計算方法的特點？如何確定入土深度？(10)有錨板樁的穩定破壞狀態有幾種？采用彈性地基梁計算板樁的入土深度時按何種穩定破壞狀態確定的？試推導確定入土深度的理論公式。板樁內力計算用“m”法時，“m”法的基本假定有那些？(11)計算板樁墻的內力及拉桿拉力時，各拉桿支承點I的變形協調方程式有那些？指出方程式中各因素的物理力學意義是什么？(12)有錨板樁的計算新方法（m法）和單錨板樁的彈性線法比較有那些優點？(13)錨碇板（墻）的穩定計算是確定什么？在計算土抗力Epx時，什么因素與埋深和墻高有關，它們的意義是什么？確定錨碇板（墻）到板樁墻距離的公式，其目的是什么？當墻后有不能拆除的建筑物時，需適當前移錨碇墻時，在錨碇板（墻）的穩定計算中將如何處理？(14)錨碇板樁（樁）的計算方法和錨碇叉樁的計算方法各是什么？(15)鋼拉桿設計時，當系船塊體單獨錨碇時和不單獨錨碇時，如何確定拉桿直徑d？(16)分別說明導梁、帽梁和胸墻設計的方法。(17)錨碇板（墻）的拉桿位置tc確定的原則是什么？斷面設計時有何特點？（分別對不連續板何連續板敘述）(18)板樁碼頭的穩定性破壞狀態可能有那幾種？如何對板樁碼頭進行整體穩定驗算？(19)了解斜拉板樁、遮簾式板樁和卸荷式板樁等碼頭結構的計算方法？(20)了解板樁碼頭的施工技術與方法。第五章高樁碼頭1.本章的學習要求⑴應熟悉《高樁碼頭設計與施工規范（JTS167-1-2010）》。⑵應掌握高樁碼頭的結構型式、特點和適用條件。⑶應掌握高樁碼頭的一般構造與要求。⑷應掌握高樁碼頭的結構系統的布置原則。⑸應掌握梁板式高樁碼頭面板、縱梁、橫向排架等的計算。⑹應熟悉其他型式高樁碼頭的計算。⑺應熟悉高樁碼頭構件強度及整體穩定計算。2.本章思考題(1)高樁碼頭的組成部分及其各部分的作用？(2)高樁碼頭按上部結構分類，有哪些結構型式：它們各有什么特點及適用條件？(3)鋼筋砼方樁的構造、樁帽的作用及構造？樁帽的尺寸如何確定？樁與樁帽連接有什么要求？樁帽內力計算有什么規定？(4)橫梁斷面尺寸的確定原則？橫梁的型式及預制縱梁與橫梁整體連接的圖示，預制裝配式簡支縱梁的連接構造圖示是什么？(5)圖示空心大板橫向、縱向（簡支）連接的構造；面層的作用及構造。預制裝配整體板的間橫向拼縫有那幾種型式？(6)靠船構件有何型式？各適用于何情況？(7)高樁碼頭寬樁臺寬度決定于什么因素？樁頂高程和靠船構件底部高程的確定原則是什么？(8)高樁碼頭變形縫設置的目的、型式及其各有何特點？(9)高樁碼頭橫向排架中樁基橫向、縱向布置的原則是什么？樁長如何確定？(10)上部結構系統選擇及布置原則是什么？縱梁設置取決于哪些因素？面板的受力性質如何確定？什么條件下為雙向板或為單向板。(11)面板在集中荷載作用下的有效分布寬度的物理力學意義是什么？空心大板按橫向鉸接板計算的條件是什么？(12)了解接觸寬度、傳遞寬度和有效分布寬度的含義。熟練掌握單向板在集中荷載作用下的有效分布寬度的計算。(13)如何計算與梁整體連接的單向連續迭合板和雙向板？(14)梁板式高樁碼頭面板上的荷載（均布、集中）是如何傳遞給縱、橫梁的？縱梁的計算圖式如何考慮？(15)按承載能力極限狀態設計時，高樁碼頭有哪些計算內容？按正常使用極限狀態設計時又有哪些計算內容？(16)設計懸臂式靠船構件時考慮的荷載有那些？什么荷載起控制作用？作用位置如何確定，內力如何計算？(17)縱梁一般有哪些計算圖式？如何考慮樁帽對縱梁內力的影響？(18)高樁碼頭橫向排架計算圖式的擬訂考慮那些因素？樁臺按剛度分類有哪些？影響樁端固定性質的因素有那些？(19)什么是樁的剛性系數，彈性壓縮系數，軸向剛度系數？軸向剛度系數與彈性壓縮系數有何關系？試推導支承樁、摩擦樁的軸向剛度系數。叉樁支座的豎向和橫向壓縮系數。(20)證明：樁的橫向剛度系數公式，并圖示：δ1，δ2，δ3如何計算？(21)格爾法計算剛性樁臺的基本假定是什么？計算基本思路是什么？(22)用混合法計算柔性樁臺時，有那些基本假定？應熟悉其推導過程及特征。(23)什么情況可用簡化法計算柔性樁臺的橫向排架？如何計算？(24)全直樁碼頭結構的內力如何計算？(25)高樁桁架式碼頭和無梁板式碼頭的計算特點有那些？(26)架空直立式大水位差碼頭結構計算有何特點？(27)高樁碼頭單樁的極限承載能力如何計算？樁的水平承載能力決定于什么？(28)高樁碼頭的整體穩定性驗算的特點有那些？(29)預制構件施工驗算什么情況下的受力分析？鋼筋砼樁設計時什么應力起控制作用？如何確定二點吊、四點吊的位置。(39)打樁應力與什么因素有關？(40)了解高樁碼頭的施工技術與方法。第六章開敞式碼頭1.本章的學習要求⑴應掌握開敞式碼頭的結構型式、特點和適用條件。⑵應熟悉開敞式碼頭的引橋結構。⑶應熟悉高樁墩式碼頭的結構布置和結構計算。2.本章思考題(1)了解開敞式碼頭的使用特點和應用前景。(2)了解開敞式碼頭的類型及其特點。(3)設計開敞式碼頭時主要考慮哪些因素？(4)高樁墩式碼頭樁基布置原則及的計算方法。第七章斜坡式碼頭和浮碼頭1.本章的學習要求⑴應熟悉《斜坡碼頭及浮碼頭設計與施工規范（JTJ294-98）》。⑵應掌握斜坡碼頭及浮碼頭的特點、型式、適用條件。⑶應熟悉斜坡碼頭及浮碼頭的構造要求。⑷應掌握架空斜坡碼頭的計算。2.本章思考題(1)斜坡式碼頭的型式及優缺點及適用條件？(2)斜坡碼頭與浮碼頭有何不同？(3)實體斜坡坡身構造特征是什么？(4)實體斜坡坡腳的作用及型式？(5)架空斜坡鋼筋砼斜梁的計算特點及重力式墩臺的受力分析？(6)浮碼頭的組成及型式有那些？躉船的固定方式有那些？(7)試比較重力式、板樁、高樁、斜坡式碼頭的適用范圍。第八章防波堤1.本章的學習要求⑴應熟悉《防波堤設計與施工規范（JTS154-1-2011）》。⑵應掌握防波堤的功能、類型、適用條件。⑶應掌握縱軸線布置的基本原則，熟悉設計波浪確定方法和標準。⑷應掌握直立式防波堤的結構型式、斷面設計及構造要求。⑸應掌握直立式防波堤與波浪的相互作用，熟悉堤前波浪形態，掌握立波波壓力計算。⑹應掌握直立式防波堤的計算內容和計算方法。⑺應掌握斜坡式防波堤的結構型式、斷面設計及構造要求。⑻應掌握斜坡式防波堤與波浪的相互作用。⑼應熟悉斜坡式防波堤的計算內容和計算方法。2.本章思考題(1)防波堤的功能是什么？斜坡堤和直立堤的優缺點及適用條件是什么？(2)設計波浪標準及意義是什么？不規則波的設計方法有那些？(3)防波堤軸線布置的主要原則是什么(4)斜坡堤的結構型式及其特點和適用條件？(5)斜坡與波浪相互作用表現在那些方面？對坡面的保護范圍應根據什么因素確定？(6)斜坡堤由于水位變化，破碎水深位置與什么因素有關？如何計算胸墻平均波壓力和作用高度？(7)斜坡堤斷面設計的內容有那些？塊體的穩定重量如何確定？試分別擬出允許越浪堤和不允許越浪堤（設胸墻）的斷面構造標準圖示。(8)斜坡堤用圓弧法進行整體穩定性驗算時，其最不利條件是那些？處理地基穩定性的措施有那些？(9)影響直立堤堤前波態的主要因素有那些？產生立波、近破波、遠破波三種波態的判據。(10)產生立波、近破波、遠破波及淺水立波、深水立波的條件是什么？淺水立波的特征是什么？(11)用Sainflow立波近似解推導：H/L≥1/30，d/l=0.1~0.2時，波峰、波谷作用下，墻面波浪力各特征值，并圖示。(12)波陡H/L≥1/30，0.5>d/l>0.2，波峰（谷）作用時，各用什么方法計算波浪力？它們的特征值是什么？(13)從結構構造處理上講，直立堤消波的途徑有那些？為什么？(14)分別敘述越頂及削角堤設計時，波浪力如何處理？為什么？(15)拋石基床有何型式？它們各適用于什么條件？與重力式碼頭基床確定條件相比有何區別？基床頂高（厚度）確定的原則是什么？(16)直立堤荷載組合特征是什么？(17)直立堤堤頭與堤根的設計特點是什么？(18)直立式防波堤與重力式碼頭的計算差別何在？第九章修造船水工建筑物1.本章的學習要求⑴應了解《機械化滑道設計規范（CB/T8523-2011）》、《干船塢設計規范（CB/T8524-2011）》。⑵了解船廠布置的原則、船廠碼頭的型式、特點和要求；掌握船舶上墩下水建筑物的型式的結構型式、特點和適用條件。⑶應掌握機械化滑道的基本組成部分及其作用，縱向、橫向機械化滑道的型式及其特點和布置原則。⑷應掌握機械化滑道主要尺度的確定。⑸應掌握機械化滑道的基礎結構。⑹應掌握干船塢的組成，熟悉船舶進出塢的過程和船塢設備。⑺應掌握船塢主要尺度確定，了解船塢灌、排水系統。⑻應掌握干船塢的結構型式及其特點和適用范圍，熟悉干船塢結構計算要點。2.本章思考題(1)敘述船舶建造及修船的工藝，船舶上墩下水建筑物的型式有那些？(2)船廠碼頭有那些？它們的特征是什么？舾裝碼頭及試車碼頭的荷載特點是什么？(3)船廠有那些部分組成？修造船水工建筑物布置的原則是什么？(4)縱向和橫向機械化滑道各有什么類型？分別敘述縱、橫向機械化滑道的共同特征。(5)如何確定機械化滑道的設計水位，它與港口碼頭的設計水位確定方法有和異同？(6)船臺區平面布置的原則是什么？(7)