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集裝箱堆場麵層結構比選

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集裝箱堆場麵層結構比選

發布日期:2020-10-13 作者:ikaros 點擊:

1 概述 

隨著我國集裝箱運輸量的大幅上升,需要建 設大量的集裝箱堆場來滿足堆箱和中轉的需求集裝箱堆場與般散貨或件雜貨堆場不同,它承 受箱角集中荷載和流動運輸荷載作用,般堆場 的標準箱堆高都在 3 層以上,流動荷載包括輪胎 式龍門吊或軌道式龍門吊正麵吊運機鏟車和 集裝箱拖掛車等,對承載力和不均勻沉降的要求 較高,因此選用何種麵層結構,以及相應的基層 結構,將直接影響到堆場施工工藝使用效果和 經濟性等當前國內集裝箱堆場最常用的麵層結構形式 2 種:現澆混凝土麵層和高強聯鎖塊麵層,麵 層結構的選用主要考慮堆場工藝荷載地基和基 礎條件使用的可靠性和經濟造價等方麵因素現澆混凝土麵層是以往最常用的結構,結構設計 和計算理論嚴謹可靠,施工條件成熟,使用經驗 豐富;聯鎖塊結構形式比較複雜,以前大多用於 廣場人行道和其它生產生活休閑區,自開發 高強聯鎖塊結構後,其性能也完全滿足集裝箱重 箱堆場的使用要求,因此被逐步推廣使用,但相 對於混凝土麵層結構,國內外對聯鎖塊結構的研 究深度仍有欠缺,除此以外,不同地域的使用習 慣也是選用麵層結構的重要因素。 

2 使用經驗及可靠性 

現澆混凝土麵層的使用曆史較長,國內的港口上海港,以及北方的天津港大連港等仍 然大量沿用這種傳統的麵層結構,但是隨著 20 90 年代我國南方集裝箱吞吐量和運輸量的急劇增長,在積極吸取國外集裝箱堆場建設和使用經 驗的基礎上,高強聯鎖塊麵層結構得到了廣泛的 推廣和使用,我國南方有深圳鹽田港二三期工 赤灣港蛇口港和華南物流中心等,華東地 區有南京龍潭集裝箱港南通港張家港和太倉 中遠國際城等長江中下遊的重要集裝箱樞紐港, 已經或正在采用聯鎖塊麵層結構,從此趨勢發展 看,高強聯鎖塊結構正在逐漸取代傳統的現澆混 凝土麵層,成為種新穎成熟可靠的麵層結 構形式集裝箱場地分為堆箱區和流動機械行駛區, 根據各個分區使用荷載的不同,相應的麵層和基 層結構厚度也各不相同對於現澆混凝土麵層, 般需設置集裝箱箱角基礎和龍門吊作業條形基 礎,均采用鋼筋混凝土結構形式,以適應上部較 重荷載的受力要求,其它區域考慮荷載較小的流 動機械作業,如集裝箱拖掛車等,可采用現澆混 凝土大板結構,這樣的設置使整個場區結構分區 合理,具有較高的安全可靠性對於高強聯鎖塊 麵層,既可采用上述分區鋪設不同厚度麵層結構 的工藝,也可采用滿堂鋪設法,即采用統厚度 和形式的基麵層結構,後者雖然造價稍高,但更 有利於集裝箱場地的靈活布置,而且施工簡便快 捷,集裝箱場地的周邊道路仍可采用現澆混凝土 麵層,這是考慮到道路主要供流動機械行走,但 在鹽田港等港口,由於采用了更先進合理的施工 方法和工藝,道路和堆場可以采用同樣的聯鎖塊 結構,使整個場區顯得統完整從使用情況看, 高強聯鎖塊和混凝土麵板結構樣,耐久性好, 結構強度高,適合於承受反複荷載的作用。 

3 結構設計理論 

3.1 計算內容 采用現澆混凝土麵層結構,主要對鋼筋混凝 土條形基礎,包括箱角基礎輪胎式或軌道式跑 道基礎進行計算,箱角填檔區基本不受荷載作用, 可設置較薄的麵層或其它簡易麵層,集裝箱運輸 通道主要為流動荷載作用,麵基層厚度根據荷載 等級計算確定采用高強聯鎖塊麵層結構,集裝 箱堆放區和其它區域既可以采用統的麵基層, 也可將集裝箱箱角處和其它區域的麵基層分開處 理,前者各個區域專業適應性強,後者可以適當 節省工程投資,聯鎖塊厚度般取 8 cm10 cm 12 cm,以下鋪設 35 cm 的中粗砂墊層,其下 為穩定基層結構。 

3.2 結構設計 

3.2.1 混凝土麵層結構 混凝土麵層設計應根據交通等級荷載應力溫度應力和材料特性等計算平麵尺寸的劃塊和板 厚等參數,還應確定各種位置的接縫接縫材料 的選定以及拉杆傳力杆的尺寸和間距等,另外, 應根據荷載應力和基層頂麵的回填模量等選用合 適的基墊層材料和尺寸,整套結構處理比較繁瑣混凝土麵層的彈性模量及力學強度大大高於基層 和土基相應的模量和強度,同時,混凝土的抗彎 拉強度遠小於抗壓強度,約為 1/61/7,因此,混 凝土板尺寸的強度指標是抗彎拉應力又由於混 凝土板與基層土基之間的摩阻力般不大,所以 在力學模型上可以把混凝土麵層結構視為彈性地 基板[1]彈性地基板小撓度分析有 2 種基本理論,種是克希霍夫(Kirchhoff)理論,忽略了板中橫向 剪應力對變形的影響,適用於薄板;種是明特 林(Mindlin)理論,考慮了橫向剪應力對變形的影 響,適用於中厚板由於混凝土麵層受荷後主要 是彎拉應力 (或彎矩)控製設計,彎沉不作為設計 控製值,般可根據有限元分析成果,繪製不同 荷載不同工況下混凝土板主要剖麵上的彎矩和 彎拉應力分布圖,從而進行麵層結構設計。 

3.2.2 高強聯鎖塊結構 高強聯鎖塊結構比較複雜,聯鎖塊間距以 23 mm 為宜,用砂粒填充,防止各個塊體的移動, 使塊體間發揮咬合作用般聯鎖塊的結構如圖

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般的多麵層結構,按分層的 EU 值的軸 對稱有限元處理,而對於聯鎖塊結構,將其簡化 為具有接縫元墊砂元的軸對稱處理,主要假定 如下[2]

1)塊體與其餘層均用 EU 表征其力學特性;

2)接縫單元橫向傳遞擠壓力,豎向傳遞剪力; 

3)墊砂元考慮為個沒有厚度的層次按照已有的工程設計和使用經驗,塊體厚度 與荷載相適應,荷載作用次數多,宜選用厚度大 的塊體,最小厚度不宜小於 8 cm,基層厚度根據 基層類型基層以下回填模量和荷載情況確定[3]。 

4 施工工藝 

現澆混凝土麵層結構的施工工藝較繁,混凝 土為機械攪拌,采用自卸汽車運輸至現場,混凝 土的攤鋪振搗養護均應嚴格按照規範要求進 行,接縫的位置和施工方法應按接縫設計要求確 定,每日攤鋪的混凝土應做抗壓彎拉和劈裂抗 拉強度試驗,混凝土麵層在冬季和夏季施工時還 應有相應的覆蓋措施高強聯鎖塊麵層采用預製 塊體,預製塊應滿足抗壓強度抗凍性厚度邊長等設計要求,聯鎖塊直接運送至現場進行鋪 設,采取分區分段鋪築法,施工工藝和質量控製 相對簡便對於集裝箱堆場,如果采用混凝土麵層結構, 由於箱角基礎填檔區和集裝箱運輸通道的基麵 層形式和結構層厚度各不相同,各使用區域結構 層的銜接比較複雜,施工難度較大,施工進度相 應較慢如果采用高強聯鎖塊麵層結構,按照目 前常用的滿堂式鋪設工藝,采用統的基墊層結 構和厚度,可以大大地簡化施工工藝,加快施工 進度。 

5 使用效果 

現澆混凝土麵層具有較高的抗壓強度抗彎 強度抗磨耗能力,有較好的水穩性熱穩性和 耐久性,能承受頻繁交通,但對地基不均勻沉降 適應性較差,旦發生不均勻沉降,麵層會出現 開裂現象,在使用過程中養護費用少,但發生破 壞後修複困難,因此,如果采用混凝土麵層,對 地基和基礎處理的要求較高,地基在使用期的殘 餘沉降量應控製在 30 cm 以內高強混凝土聯鎖塊的主要特點是對地基不均 勻沉降適應性強,在使用過程中易於維修,地基 在使用期的殘餘沉降量可控製在 50 cm 以內外,根據近幾年國內外集裝箱流量的數據分析, 很多集裝箱港和專用堆場的實際堆存量都超過了 設計負荷要求,如果采用混凝土麵板結構,很難 對其原有配置的結構強度厚度等進行調整,在臨 時超負荷作用下產生的破損也較難修複,而聯鎖 塊結構易拆除更換,適應堆載工藝的變化,即使 產生壓裂等現象,也可以迅速維修或更換,保證 生產的正常進行對比國內幾個典型港區道路堆場麵層使用效 果分析,上海的些老港區以及新建的外高橋等 港區的堆場道路均采用了現澆混凝土麵層結構, 這些港區的地質條件均較好,混凝土結構的使用 效果比較理想,但在些地質條件較差的港區, 混凝土麵層在使用了幾年後即出現凹曲破損等 現象,由於使用期殘餘沉降較大,局部的堆場麵 層標高低於排水或電纜溝等構築物的標高,且無 法很好修複,暴露出混凝土麵層結構的缺陷些工程中采用了高強聯鎖塊的麵層形式,在地 質較差使用荷載較大的情況下,聯鎖塊采用滿 堂式布置,使用至今無論堆場表麵平整性塊體 耐久性等指標均正常,期間由於集裝箱量的增大, 使聯鎖塊的負重有所增加,雖然造成局部箱角處 塊體的破裂,但及時予以更換維修,體現了聯鎖 塊結構的諸多優點。 

6 經濟比較 

1 為典型集裝箱堆場工程選用麵層結構的 造價比較。 

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式相類似,但國內工程往往用網殼自身結構作為 腳手架,遠不如本方案安全和便利因此國內安 裝隊伍對方案的工法較熟悉這樣工程的安全 控製進度控製均較好,而且方案充分利用了 現場已有軌道,節省了額外的基礎投資方案二三需要大起重量的起重作業,對作 業條件和操作者的要求高,工程風險相對較大而且大片網架構件吊裝和卸載過程產生的空間變 形和額外安裝應力在現場安裝過程中處理難度很 方案三全過程構件在空中處於起吊狀態,這 就要求對現場自然條件生產隔離措施設備狀 操作者經驗和工作狀態等嚴格掌控,現場風 險程度較高另外,針對方案二三,設計時需 額外考慮較大的吊裝荷載,結構本身需要額外加 強,這樣成本會有相應增加通過上述各方案在安全保障和施工難度進度控製的比較,在最終設計方案選定時建 議使用可移動腳手架方案作為施工方案並以 此作為結構設計的設計條件本工程目前正處於施工準備階段,現場施工 組織設計按照推薦方案進行

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