第１４卷 ２０１４年 第５期 ５月 中 国水运 Ｖｏ Ｊ．１４ Ｍａｙ Ｎｏ．５ ２Ｏ１４ Ｏｈ ｉ ｒｌａ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ 高桩墩式码头结构的空问有限元分析 刘晓飞，周 敏 （中交水运规划设计院有限公司 北京１００００７） 摘要：选取汀棼南通某高桩墩式码头为工程实例，利用通用有限元软件ＡＮＳＹＳ对高桩墩式码头进行空问有限元 分析。通过建 有限元模型，对各种不同工况Ｆ码头的受力进行分析，得出了较为合理的计算结果，可为码头设计 提供理论依抛，也呵供高桩墩式码头没计者参考。 关键词：Ｉ留桩墩式码头； 中图分类号：Ｕ６５６ 引言 问有限元分析；结构设计 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－７９７３（２０１４）０５－００８１－０３ 一、§ 传统的高桃墩式码头计算时把墩台考虑成刚体，只要厚 度满足 求，一般 ｛ 需要进行构造配筋即可。本码头作为门 机¨；Ｌ】的・刚牛码头，Ｅ部荷载较大，如按刚体计算，墩台需 ｌ 盟 ：． 旦壁！曼２ 立垒９ 』 取较大的 度，为避免浪费，同时也为ｌｒ能够实际反映该码 头的墩 和桩基受 ，本文采用通用有限元软件ＡＮＳＹＳ对 码头的墩 内力和桩基受力进行计钵，计算结果可为码头设 计提供 沦依据。 二、工程概况 江 南通某港机码头他于长江下游澄通河段下段，地处 自茆北水道的 北岸，没计船型为３，Ｏ００ｔ级半潜驳兼 １０，Ｏ００ＤＷＴ杂货船。该工程丰体结构为港机出口码头１座 （８８ｍｘ３６ｍ）和ｆｊＩ桥１座（１５２ｍＸ３６ｍ）。由于该码头 ｝嘤为『Ｊ机Ｉ１．口服务，ｆＩＩ口¨机通过轨道外运上船，不同出 口门机轨距（１６ｍ、２０ｍ、２６ｍ、３０ｍ）不尽相同，因此 没计时 号虑移动轨道的倚载，同时结合地形和水文条件， 最终确定码头和引桥的结构形式为高桩墩式结构。 图２墩台６结构断面图 码头丰体水工结构为引桥和码头，引桥由１—４ 墩台构 成：其中１号墩台为 １，０００灌注桩墩台，尺寸为３６Ｘ２０ｍ， ２～４号墩台为ｕｄ８００ＰＨＣ（Ｃ）桩墩台，尺寸为３６ｘ ４４ｍ， ｌ一４号墩台受力相同；码头由５－６ 墩台构成：５－６ 墩台 为￣８００ＰＨＣ（ｃ）桩墩台，尺寸为３６Ｘ ４４ｍ，５～６ 墩命 墩台１ 墩台２ × 受力略有差别，主要是６号墩台有横、纵两个方向的门机轨 道。实际计算时分别建 三个计算模型，墩俞１、墩台２～４、 墩台５～６，限于文章篇幅，本文选取最具代表性的墩台６结 墩台 ５ 构进行计算。码头结构平面布置示意图见【窜Ｉ １，墩台６结构 断面图见图２。 三、荷载条件 墩台４ （１）系缆力：系缆力取１，Ｏ００ｋＮ，系缆力方向与码头 水平向成１５。，与码头前沿方向成３０。。 墩台５ 墩台６ ● ‘ － （２）撞击力：经计算１０，０００ＤＷＴ杂货船靠岸时的有 效撞击能量Ｅ。＝９９．６ｌｋＪ，选取ＤＡ５００×１，５００Ｌ标准反力 型护舷，护舷反力为５１５ＫＮ。 ４４０Ｏ０ ， 、４４ ０００ 瀚汛 （３）码头面轨道荷载（横、纵向）：门机倚载（轨距１２ｍ）： 最大轮压５００ＫＮ／轮，每腿１２轮，基距１５ｍ，轮距０．９ｍ。 图１码头结构平面布置示意图 收稿日期：２０１４—０２—２０ 作者简介：刘晓飞（１９８３一），男，安徽天长人，中交水运规划设计院有限公司工程师，硕七，主要从事港口航道工程设 计和咨询工作。 ８２ 中国水运 第１４卷 （４）移动轨道倚载（轨距：１６ｍ、２０ｍ、２６ｍ、３０ｍ）： 计算成果云图见图５～图１２； 墩台６有限元计算成果汇总表 滑移台车共４个支腿，每支腿２台车，每台车４轮，每台车 心轮距２ｍ，最大轮压９７５ＫＮ／轮。 见表１。 ■ ＝ ， —ｌ－＿■ 露 图３移动轨道荷载示意图 （５）码头作业时辅助衙载：１０ＫＰａ堆载。 四、计算模型 １．计算参数选取 对墩台６结构进行建馍，计算软件选用通用有限元软件 Ａｎｓｙｓ，混凝ｌ二本构采用理想弹塑性模型，墩台面采用 ｓｈｅｌｌ６３壳单元， 部桩基采用ｂｅａｍ１８８梁单元，单元边 长取２００ｍｍ，整个模型约５２，０００个单元。混凝土泊松比 为０．２，藿度２５ＫＮ／ｍ。，墩台Ｃ３０砼弹模为３．００×１０ Ｐａ， 桩基Ｃ８０砼弹模为３．８０×１０ Ｐａ。建模时桩水平向约束采 用假想嵌同点法，经计算取桩长为１３ｍ，桩端在竖向竖加弹 熏 簧约束，取Ｋ＝４．８３×１０。Ｎ／ｍｍ 计算时采用的单位为Ｎ， ｍｍ单ｆ ．．墩台６的有限元模型见ｌ割３。 ＾Ｎ 鎏戛’冒豳翻 图４墩台６有限元模型 荷载施加 图７墩台６ Ｍｚｍａｘ弯矩云图 （１）结构自重以向下的重力加速度的形式施加。 （２）系缆力和撞 ｉ力以局部均布荷载的形式分别施加在 系船柱和橡胶护舷的范围内。 （３）门机倚载以１ｍ步长的倚载步施加，考虑门机从横、 纵两个方向滚过整个墩台。 （４）移动轨道倚载计算时考虑可能出现的各种不同的机 距和轨距组合，同时ｍ于移动轨道在码头上位置的不确定， ～… ＝－ ，Ｉ 二－一：～立．０ 一 分别 横向和纵向以１ｍ步长的荷载步施加荷载。 五、计算成果 … 通过建 的有限元模型，考虑可能存在的不同的荷载组 合，对各种不同的简载组合分别进行承载能力极限状态和正 常使用状态两种作用效应计算。墩台６承载能力极限状态的 兰、 ＿———— 图８墩台６ Ｍｚｍｉ ｎ弯矩云图 第５期 刘晓飞等：ｌ 桃墩式码头结构的审问有限元分析 表１ 墩台６有限元计算成果汇总表 组合 ８３ 计算 计算项目 成果类别 成果 粪型 墩台弯距设计值（ｋＮⅧ ） 永久荷我 均布荷栽移动轨道荷栽 撞击力 ｚ向跨中最太弯距 永久荷栽＋均布荷找＋移动轨道荷载 ｘ向芰座最大弯距 承戴 能力 极限采九荷栽＋均布荷栽＋档动轨道荷栽＋撞击力ｚ向支座最走弯距 柱基桩力设计值永九荷栽 均布荷戡 移动轨道荷栽 撞击力 最太压桩力 作用 棘应 （ｋＮ） 永九椅栽十撞击力 最走班桩力 组合 永久荷栽 撞击力 Ｙ向最大正弯矩 桩基弯矩设计值 （ｋＮｍ） 永九持栽采九荷栽 撞击力 ｚ向最大正弯矩 ＋均布荷栽＋移动轨道荷戴＋撞击力 Ｙ向最太负弯矩 永九荷载＋均布荷栽＋移动轨道荷找＋撞击力 ｚ向最太兜弯击巨 永久荷我＋均布荷螅十移动轨道荷嵌 ｘ向跨中最走弯距 墩台弯距设计值永久椅栽 均带椅栽 转动轨道荷栽 撞击力ｚ向跨中最大弯距 正常 （ｋＮ‘ｍ ｍ１ 使用 永久荷栽＋均布荷戗十移动轨连荷城 ｘ向量座最走弯距 极限 状态 作用 永丸荷栽十均布荷拽＋移动轨琏荷靓十撞击力ｚ向支座最大穹距 永久荷栽＋撞击力 Ｙ向最大正弯矩 图１０墩台６基桩最大拔桩力云图 艘应 组合桩基碍矩设计值 （ｋＮ“’） 永丸荷栽永久荷觏 撞击力 ｚ向最大正弯矩 ＋均布荷栽＋移动轨道荷嵌＋撞击力 Ｙ向最走盎弯矩 采失将越＋均布荷ｊＩ ｌ４－转动轨主蓝荷越＋撞击 ｚ向矗戈击霄挂 注：罔中及表中弯矩为整体坐标系中输出，本文采用的 整体坐标系详见罔１，图中弯矩正负以跨中受托为正，支座 受拉为负；桩基的弯矩为ｂｅａｍ １ ８８单元的单元坐标系Ｆ输 ｝ｉｌ。 通过计算呵找出在两种不同的效应组合下，墩台和桩基 …～Ｉ＿＿～～一一一～一－…～一一 ，‘ 受力的控制工况，所得到的计算成果可满足工程没汁的需要。 六、结论 墩台６基桩Ｙ向最大、最小弯矩云图 （１）本文采用ＡＮＳＹＳ软件，选取一个有代表性的墩台 建立了有限元模型，根据码头的实际简载组合在模型卜施加 相应的荷载进行计算和分析，获得了较准确的墩台和基桩内 力的计算结果，该计算结果可指导墩俞的配筋以及桩綦的选 型。 （２）通过计算表明对于无同定轨距的匦件码头采用高桩 墩式结构是可行的。 （３）通过计算表明墩台按照弹性体计算，住满足规范的 前提下，可有效减少墩台的厚度，进而可节省工程造价。 参考文献 １６７一Ｉ一 （）Ｉ１），高桩码头 …中华人民共和国交通运输部．ＪＴＳ 设计与施工规范［Ｓ１．２…（１． 图１２墩台６基桩ｚ向最大、最小弯矩云图 【 Ｉ邱驹．港口水工建筑物ＩＭＩ．天津： 天津大学出版社，２ｏ（１１
