張叢麗

摘 要：MIDAS Civil空間有限元分析軟件，目前主要用于橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)、工業(yè)建筑、飛機場、大壩、港口等結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計。MIDAS Civil軟件，具有精度高、計算結(jié)果顯示直觀生動、效率高等優(yōu)點。該文以湛江東海島某高樁梁板碼頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算為例，采用有限元軟件MIDAS Civil對其進行三維整體建模，對在移動荷載作用下的碼頭結(jié)構(gòu)的整體受力情況進行了分析并與傳統(tǒng)的二維平面計算方法進行比較，得出了更為準確合理的計算結(jié)果，可作為同類型實際工程設(shè)計的參考。

關(guān)鍵詞：MIDAS Civil軟件 高樁梁 板式碼頭

中圖分類號：U656 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（b）-0090-02

高樁梁板碼頭的傳統(tǒng)計算方法是將碼頭簡化為二維平面結(jié)構(gòu)，即橫向排架，再將空間荷載按比例系數(shù)分配作用于簡化的橫向排架上，排架內(nèi)力按平面桿系計算。由于碼頭面荷載較復雜多變，尤其對于門機、門座起重機、卸船機等移動荷載，傳統(tǒng)平面計算方法無法考慮；同時，高樁梁板碼頭實為空間結(jié)構(gòu)，作用力同時向縱向和橫向兩個方向傳遞，傳統(tǒng)的平面計算方法同樣無法考慮。

隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，各種復雜的空間結(jié)構(gòu)計算分析軟件大量涌現(xiàn)并且逐漸為設(shè)計人員所采用。MIDAS Civil是一款通用的空間有限元分析軟件，可適用于橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)、工業(yè)建筑、飛機場、大壩、港口等結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計。MIDAS Civil結(jié)合國內(nèi)規(guī)范與習慣，在建模、分析、后處理、設(shè)計等方面提供了很多便利的功能。其主要特點如下。

提供菜單、表格、文本、CAD導入和部分其他程序文件等靈活多樣的建模功能；提供中國、美國、英國、德國、日本等國家的材料和截面數(shù)據(jù)庫、混凝土收縮和徐變規(guī)范、移動荷載規(guī)范；提供桁架、一般梁/變截面梁、平面應(yīng)力/平面應(yīng)變、板、實體單元等工程實際所需的各種有限元模型；在后處理中，可根據(jù)設(shè)計規(guī)范自動生成荷載組合，也可以手動添加和修改荷載組合；可以輸出各種反力、位移、內(nèi)力和應(yīng)力的圖形、表格和文本，提供靜力和動力分析的動畫文件等。

該文即采用MIDAS Civil對湛江東海島某高樁梁板碼頭進行結(jié)構(gòu)計算分析。

1 工程概況

湛江東海島某碼頭總長392 m，寬36.8 m，碼頭面頂高程7.5 m，前沿設(shè)計底高程為-10.7 m。

碼頭采用高樁梁板結(jié)構(gòu)，共分5個結(jié)構(gòu)段，每個結(jié)構(gòu)段長78.4 m，排架間距9 m。

樁基礎(chǔ)采用φ1.2 mPHC樁與φ1.0 m鋼管樁組合方案。每個排架下設(shè)置8根樁，含一對叉樁與6根直樁，叉樁斜率5∶1；其中叉樁為鋼管樁，直樁為PHC樁。所有樁端以粗砂層作為持力層。

碼頭結(jié)構(gòu)采用正交梁板體系，橫梁縱梁均為梯形截面，梁高2.5 m，寬1.2 m，面板厚0.55 m。

碼頭附屬設(shè)施采用1 500 kN系船柱與SC1450H兩鼓一板標準反力型橡膠護舷，系船柱間距27 m，橡膠護舷間距18 m。

2 建立模型

結(jié)合工程實際情況，碼頭的縱橫梁、面板、樁帽之間的連接方式采用剛性連接，從而使碼頭的上部結(jié)構(gòu)形成一個整體；樁帽與下部樁基的連接方式采用固接；樁基底端嵌固。

碼頭各構(gòu)件截面按照實際尺寸進行建模，面板、橫梁、縱梁的中性面、中性軸按實際高程考慮。樁基采用假想嵌固點法，根據(jù)地質(zhì)土層參數(shù)計算假想嵌固點高程。建模時，碼頭面板采用板單元，其余構(gòu)件均采用梁單元，有限元模型如圖1所示。

3 荷載工況

3.1 自重

碼頭縱橫梁、面板等結(jié)構(gòu)自重，由軟件根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸及容重自動計算。

3.2 均布荷載

碼頭前沿線往后3～13.5 m范圍內(nèi)：20 kPa；碼頭前沿線往后13.5～29 m范圍內(nèi)：30 kPa；碼頭前沿線往后29～36.8 m范圍內(nèi)：60 kPa。

3.3 撞擊力

橡膠護舷最大反力1 872 kN，受力排架為第三個和第五個。

3.4 系纜力

系纜力標準值為1 500 kN，系船纜夾角按照現(xiàn)行港口荷載規(guī)范取值。

3.5 波浪力

碼頭結(jié)構(gòu)所受波浪力包含以下3部分：（1）波浪對樁基的作用；（2）波浪對碼頭正面橫梁、靠船構(gòu)件的作用；（3）波浪對碼頭上部結(jié)構(gòu)的浮托力。

3.6 卸船機

1 800 t/h卸船機，軌距26 m，基距18 m，4個支腿，每腿10輪。

工作狀態(tài)：海側(cè)軌最大輪壓480 kN/輪；陸側(cè)軌最大輪壓410 kN/輪。

非工作狀態(tài)：海側(cè)軌最大輪壓400 kN/輪；陸側(cè)軌最大輪壓840 kN/輪。

海側(cè)軌距碼頭前沿線3 m。

3.7 門機

40t-40m門機，軌距10.5 m，基距12 m，4個支腿，每腿8輪。

工作狀態(tài)：海側(cè)軌最大輪壓390 kN/輪；陸側(cè)軌最大輪壓260 kN/輪。

非工作狀態(tài)：海側(cè)軌最大輪壓380 kN/輪；陸側(cè)軌最大輪壓440 kN/輪。

海側(cè)軌距碼頭前沿線3 m。

3.8 荷載組合

（1）永久作用+均載+卸船機（工作狀態(tài)）+系纜力；（2）永久作用+均載+門機（工作狀態(tài)）+系纜力；（3）永久作用+均載+撞擊力；（4）永久作用+均載+卸船機（非工作狀態(tài)）+波浪力；（5）永久作用+均載+門機（非工作狀態(tài)）+波浪力；（6）永久作用+均載+波浪力。

4 計算結(jié)果分析

將上述荷載及組合工況輸入MIDAS Civil三維模型，對碼頭進行整體數(shù)值分析后得出計算結(jié)果如表1所示。與使用易工軟件進行平面計算的結(jié)果進行驗證，結(jié)果顯示樁力分配較為均勻合理，各構(gòu)件內(nèi)力均在承載力范圍內(nèi)，滿足使用要求。

5 結(jié)語

綜上所述，采用MIDAS Civil三維有限元軟件對高樁梁板碼頭進行整體結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，具有精度高、計算結(jié)果顯示直觀生動、效率高等優(yōu)點且得出的計算結(jié)果更為準確合理，可作為同類型實際工程設(shè)計的參考。

參考文獻

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