成为一名优秀的水运、港口结构工程师,需要掌握多项专业技能,不仅涵盖理论知识,还包括实际应用能力,这些技能是确保设计安全性和可靠性的基石,以下是水运、港口工程结构工程师必须具备的核心技能:
在港工结构设计中,荷载计算是确保结构安全性和可靠性的关键环节,直接影响结构的安全性和稳定性。以下是四种必会的荷载计算。
波浪力:精确计算三种波态(立波、远破波、近破波)作用于直墙的波压力、吸力及浮托力。
船舶荷载:综合考虑风、水流及波浪作用下的船舶荷载计算,包括由风和水流产生的系缆力、由风和水流产生的挤靠力、船舶靠岸时产生的撞击力和系泊船舶在波浪作用下产生的撞击力等。
土压力:运用库伦理论,计算墙后填料、超载以及地震条件下的主动土压力。
冰荷载:精确计算桩、墩、斜墙等结构受到的极限挤压冰力标准值、孤立冰撞击力标准值等。
图1:船舶荷载计算
港工结构通常面临复杂的荷载和环境条件,因此掌握常用截面计算方法,以准确评估构件在复杂工况下的受力状态,有效保障结构安全性。
压弯构件配筋:圆形、矩形、环形、圆孔方形桩的配筋计算及裂缝控制。
预应力空心板:先张法预应力空心板验算;包括预应力损失计算、截面简化、构件正截面抗弯计算、挠度变形验算和抗裂验算等。
纯弯构件配筋:多种截面(叠合)梁、(叠合)板截面配筋计算及先张法预应力计算等。
预应力PHC桩:预应力PHC桩的受力验算;包括抗裂弯矩设计值验算和抗弯强度设计值验算。
预应力大管桩:预应力大管桩的受力验算。包括抗裂弯矩设计值验算和抗弯强度设计值验算。
预应力T型梁:后张法预应力T梁设计;包括配筋计算、抗裂验算和变形验算等。
熟练掌握以下四种构件内力计算方法,为后续的结构设计提供精确的力学依据,确保设计的科学性和经济性。
六点吊:简单吊装工况下桩身结构内力计算。
六点吊多工况:复杂吊装工况下桩身结构内力计算。
弹性地基梁:分析流动机械作用下的弹性地基梁内力分布和配筋需求。
弹性支座连续梁:分析流动机械作用弹性支座连续梁的内力分布。
异形板内力:任意多边形异形板、开洞板在不同边界条件、多种荷载作用下的内力计算。
图2:六点吊多工况界面
地基基础设计关系到结构的整体稳定性,需要重点掌握以下内容:
地基承载力:针对均质地层进行地基承载力验算,而非均质地层地基承载力验算相对比较复杂,可利用理正港工软件快速完成。
地基沉降:评估边载作用下的地基沉降情况。
堤前底流速验算:不同堤前波态(立波、远破波、近破波)下的直立式防波堤及斜坡式防波堤堤前底流速验算。
浮游稳定性验算:针对矩形沉箱结构,需进行规则、非规则多仓格不同压重条件下的浮游稳定性验算。
吊环单根钢筋截面面积:准确计算吊环的单根钢筋截面面积。
水运工程钢构件防腐计算:掌握水运工程钢构件的防腐计算方法,主要计算防腐预留厚度,延长结构使用寿命。
防护块体计算:不同波浪类型(正向波、斜向波)下护面块体稳定重量的计算。
整体稳定需要综合考虑荷载工况和地基条件等因素,掌握科学合理的计算方法和优化措施,可以有效提升结构整体稳定性,确保工程的安全性和耐久性。
整体稳定计算:分析边坡及地基的最危险滑动位置及安全系数。
港工结构工程师必须熟悉相关规范,如:
《港口工程荷载规范》(JTS 144-1—2010)。
《水运工程混凝土结构设计规范》(JTS 151—2011)。
《港口工程结构可靠性设计统一标准》(GB 50158—2010)
《水运工程抗震设计规范》(JTS 146-2012)
《港口工程地基规范》(JTS 147-1-2010)
《重力式码头设计与施工规范》(JTS 167-2-2009)
《水运工程混凝土结构设计规范》(JTS 151-2011)
《水运工程先张法预应力高强混凝土管桩设计与施工规程》(JTS167-8-2013)
《水工混凝土结构设计规范》(SL 191-2008);
《港口工程桩基规范》(JTJ 254-2012)
《防波堤设计与施工规范》(JTS 154-1-2011)
掌握常用港工、码头专业软件,能显著提高水运、港口结构工程师的工作效率与设计精度:
理正港工结构计算:
提供多种计算功能,包括荷载计算、稳定性分析、沉降计算等。
理正岸壁式沉箱码头结构设计系统:
可完成港口行业的海港、河港的重力式码头整体建模、构件计算、自动出图,可进行结构断面(抗倾、抗滑)稳定性验算、基床与地基承载力验算、沉降验算、整体稳定性验算及部分构件内力、配筋、裂缝的计算
理正梁板式高桩码头结构设计:
按承载能力极限状态和正常使用极限状态完成结构设计,系统提供高桩码头结构三维模型的三维显示,实现荷载计算,板、梁、桩、桩帽、靠船构件的内力及配筋计算及计算书;