成小飛（福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所,福州 350004）

MIDAS CIVIL在高樁碼頭承載能力計(jì)算分析中的應(yīng)用

成小飛
（福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所,福州 350004）

摘 要：研究了MIDAS CIVIL有限元軟件在高樁碼頭承載能力計(jì)算分析中的應(yīng)用，結(jié)合工程實(shí)例，具體計(jì)算了碼頭軌道梁、橫梁及樁基的承載能力，并進(jìn)行了校核計(jì)算。結(jié)果表明，碼頭中的軌道梁、橫梁及樁基均滿足承載要求。MIDAS CIVIL可以簡(jiǎn)便地應(yīng)用在高樁碼頭的結(jié)構(gòu)計(jì)算中，對(duì)實(shí)際工程計(jì)算具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：高樁碼頭;承載能力;MIDAS CIVI

目前關(guān)于高樁碼頭承載能力的評(píng)估方法主要分為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和室內(nèi)計(jì)算兩種方法?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)主要是采用碼頭結(jié)構(gòu)原位荷載試驗(yàn)的方法來評(píng)估碼頭的實(shí)際承載能力，該方法能夠較真實(shí)地反映碼頭的實(shí)際承載能力，但存在現(xiàn)場(chǎng)操作復(fù)雜、檢測(cè)成本高、對(duì)碼頭的安全造成隱患等缺點(diǎn)，因此該方法實(shí)際應(yīng)用較少。室內(nèi)計(jì)算即采用大型結(jié)構(gòu)計(jì)算分析軟件對(duì)該碼頭建立有限元模型，施加現(xiàn)有實(shí)際荷載，從而分析該碼頭的承載能力，該方法具有成本低、效率高、計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛使用。其中應(yīng)用最多的為ΑNSYS有限元計(jì)算分析軟件，隨著計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展，其它軟件如MIDΑS CIVIL、SΑP2000[1]等也逐漸被結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員采用分析解決港口工程問題。MIDΑS CIVIL有限元分析軟件相比其它類似軟件，具有靈活性、穩(wěn)定性、截面直觀性等優(yōu)點(diǎn)，可適用于港口工程、橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)、工業(yè)建筑、水利工程等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析。

本文結(jié)合工程實(shí)例，采用MIDΑS CIVIL有限元軟件對(duì)某高樁碼頭的承載能力進(jìn)行計(jì)算分析。

1 工程概況

某碼頭工程項(xiàng)目：采用高樁梁板結(jié)構(gòu)型式，由前、后平臺(tái)組成，可靠泊1.5萬噸貨輪，為卸船泊位，碼頭前沿總長(zhǎng)153m。碼頭采用600mm×600mm實(shí)心方樁作為基礎(chǔ)，共有229根方樁，碼頭平臺(tái)共27個(gè)排架，排架間距為6.0m。

2 計(jì)算模型建立

依據(jù)碼頭的設(shè)計(jì)圖紙，取碼頭卸船泊位前平臺(tái)的1個(gè)結(jié)構(gòu)段建立MIDΑS CIVIL有限元計(jì)算模型，在建立模型時(shí)只對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)段的縱橫梁、面板還有樁基進(jìn)行了建模，而未考慮靠船構(gòu)件、系纜柱等附屬結(jié)構(gòu)。

圖1 有限元模型標(biāo)準(zhǔn)試圖

2.1 有限元模型

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙上顯示的高樁碼頭結(jié)構(gòu)型式，三維有限元計(jì)算模型尺寸為：橫向?yàn)榇a頭前沿寬度，為14.5m，縱向?yàn)閮傻莱两悼p之間的距離，為48m，豎向包括樁基及面板。樁基、縱橫梁均采用梁?jiǎn)卧?，面板采用板單元，有限元模型見圖1。

2. 2 邊界條件

結(jié)合實(shí)際工程情況將碼頭的縱橫梁與面板各個(gè)部件進(jìn)行了剛性連接，使上部結(jié)構(gòu)連成一個(gè)整體；橫梁和下部樁基的連接采用固結(jié)，接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)組成的各構(gòu)件之間的相互角度不變，忽略梁的軸向變形，建模時(shí)將樁基底端嵌固。

3 計(jì)算結(jié)果及分析

3.1 MIDAS空間框架計(jì)算

本次計(jì)算考慮2種工況，工況1為自重、地面堆載、卸船機(jī)荷載、車輛荷載及船舶系纜力作用效應(yīng)組合；工況2為自重、地面堆載、卸船機(jī)荷載、車輛荷載及船舶撞擊力作用效應(yīng)組合。根據(jù)《高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（JΤS167-1-2010）[3]中關(guān)于荷載分項(xiàng)系數(shù)規(guī)定，自重、地面堆載的分項(xiàng)系數(shù)取1.2，車輛荷載、船舶系纜力的分項(xiàng)系數(shù)取為1.4，卸船機(jī)荷載、船舶撞擊力的分項(xiàng)系數(shù)取為1.5。計(jì)算工況詳見表1。

表1 計(jì)算工況

分別計(jì)算以上2種工況對(duì)應(yīng)作用效應(yīng)組合下結(jié)構(gòu)段的縱梁、橫梁、面板及樁基的內(nèi)力。由于篇幅限制，文章只列出了其中最不利工況下軌道梁、橫梁及樁基的內(nèi)力計(jì)算結(jié)果。

（1）軌道梁內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

圖2～圖3分別給出了最不利工況下軌道梁彎矩和剪力分布云圖。

表2 軌道梁計(jì)算內(nèi)力值

圖2 軌道梁彎矩My分布云圖

圖3 軌道梁剪力Qz分布云圖

由以上圖2～圖3的計(jì)算結(jié)果可得出軌道梁的最大內(nèi)力值及最小內(nèi)力值，如下表2所示：

式中：彎矩正值表示構(gòu)件上部受壓，下部受拉；負(fù)值表示構(gòu)件上部受拉，下部受壓；剪力正值表示與圖中坐標(biāo)系方向一致，負(fù)值表示與圖中坐標(biāo)系方向相反。

（2）橫梁內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

圖4～圖5分別給出了最不利工況下橫梁彎矩和剪力分布云圖。

圖4 橫梁彎矩My分布云圖

圖5 橫梁剪力Qz分布云圖

由圖4～圖5的計(jì)算結(jié)果可得出橫梁的最大內(nèi)力值及最小內(nèi)力值，如下表3所示：

表3 橫梁計(jì)算內(nèi)力值

式中：彎矩正值表示構(gòu)件上部受壓，下部受拉；負(fù)值表示構(gòu)件上部受拉，下部受壓；剪力正值表示與圖中坐標(biāo)系方向一致，負(fù)值表示與圖中坐標(biāo)系方向相反。

（3） 樁基軸力計(jì)算結(jié)果

圖6給出了最不利工況下樁基軸力分布云圖。

圖6 樁基軸力分布云圖

由圖6的計(jì)算結(jié)果可得樁基的最大軸力值及最小軸力值，如下表4所示：

表4 樁基計(jì)算軸力值

表中：軸力負(fù)值表示構(gòu)件受壓。

3.2 計(jì)算結(jié)果分析

以上計(jì)算得到了最不利工況作用下碼頭結(jié)構(gòu)段主要構(gòu)件軌道梁、橫梁及樁基內(nèi)力的最大值和最小值。再根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙和配筋，求得軌道梁、橫梁及樁基的承載力列于表3.4，進(jìn)行校核分析。由表3.4可以看出：碼頭結(jié)構(gòu)段的軌道梁、橫梁及樁基的最大正負(fù)彎矩、剪力及軸力作用效應(yīng)組合值均小于各構(gòu)件極限承載力，滿足承載要求。

表5 構(gòu)件校核計(jì)算

4 結(jié)語

本文探討了MIDΑS CIVIL在高樁碼頭承載能力計(jì)算分析中的應(yīng)用。限于篇幅大小，文章只列出了軌道梁、橫梁及樁基的內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，其它邊縱梁、中縱梁及面板的內(nèi)力結(jié)果同樣可通過該軟件計(jì)算得到。

最后將內(nèi)力計(jì)算結(jié)果同各構(gòu)件的極限承載力進(jìn)行比較，結(jié)果表明碼頭的軌道梁、橫梁及樁基均滿足承載要求。

總之，MIDΑS CIVIL計(jì)算簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確、結(jié)果直觀，可以廣泛應(yīng)用于高樁碼頭的結(jié)構(gòu)計(jì)算中，對(duì)實(shí)際工程計(jì)算具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王多垠,張華平,史青芬.大水位差全直樁框架碼頭排架中的水平撞擊力分配系數(shù)研究[J].中國港灣建設(shè),2009,28(03):24-25,40.

[2]JTS144-1-2010.港口工程荷載規(guī)范[S].

[3]JTS167-1-2010.高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].