《天科所內(nèi)河框架碼頭軟件》V1.0軟件開發(fā)

左志剛

摘 要：《天科所內(nèi)河框架碼頭軟件》V1.0是依據(jù)《高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》JTS 167-1-2010開發(fā)的行業(yè)設(shè)計(jì)分析軟件，軟件可以依據(jù)工程基本條件，自動形成計(jì)算分析模型，最終提供內(nèi)力、配筋等計(jì)算結(jié)果。本文中給出了該軟件的功能設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)和工程應(yīng)用實(shí)例。

關(guān)鍵詞：框架碼頭 大水位差 軟件 開發(fā) 應(yīng)用

前言

高樁框架式碼頭是內(nèi)河中常見的一種碼頭結(jié)構(gòu)形式，適用于大水位差區(qū)域，但是該種結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、荷載復(fù)雜，利用Ansys、Sap2000等通用有限元分析軟件對該結(jié)構(gòu)分析時，需要設(shè)計(jì)人員對施工過程、設(shè)計(jì)荷載計(jì)算和通用分析軟件都要精通，對設(shè)計(jì)人員素質(zhì)要求非常高，從而增加了設(shè)計(jì)院的人力成本。本軟件利用三維圖形顯示技術(shù)和有限元計(jì)算原理結(jié)合水運(yùn)工程行業(yè)規(guī)范開發(fā)專用的高樁框架式碼頭設(shè)計(jì)分析軟件，該軟件具有荷載前處理、單元自動劃分、內(nèi)力計(jì)算、效應(yīng)組合、結(jié)構(gòu)配筋和計(jì)算結(jié)果整理等功能，由于該軟件是為特定結(jié)構(gòu)定制開發(fā)的設(shè)計(jì)分析軟件，因此可以將設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思維程序化，簡化了設(shè)計(jì)人員在計(jì)算分析過程中前處理和后處理上的工作量，提高工作效率。

軟件開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

1、軟件編寫

軟件開發(fā)中采用Visual studio .net語言進(jìn)行編程，.net可以將c++和 Vb等編程語言進(jìn)行無縫結(jié)合，此外還提供美觀的界面控件，可以快速的設(shè)計(jì)界面，本軟件設(shè)計(jì)風(fēng)格為左側(cè)為樹形菜單，右側(cè)為顯示區(qū)域，軟件基于Opengl技術(shù)提供三維實(shí)體顯示功能，并提供圖形控制菜單，可以對圖形進(jìn)行放大、縮小和平移功能，軟件提供結(jié)構(gòu)顯示、內(nèi)力顯示和荷載顯示開關(guān)，軟件采用Dataset 數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)儲存，并使用表格控件進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入輸出，軟件可以直接將數(shù)據(jù)復(fù)制到EXCEL中。

2、內(nèi)力計(jì)算

軟件內(nèi)力考慮了施工階段，其中考慮打樁階段、現(xiàn)澆下橫梁階段和現(xiàn)澆上橫梁階段，結(jié)構(gòu)模型簡化為剛架，按照桿系有限元法計(jì)算，計(jì)算中縱梁、橫梁、柱、泥面以上樁為梁單元，梁單元的剛度矩陣為考慮軸向變形桿剛度矩陣KEa和考慮彎曲的梁單元KEb的組合：

3、水平力分配系數(shù)

高樁框架式碼頭按照平面模式計(jì)算時，排架上的水平力需考慮水平力分配系數(shù)[1]，該系數(shù)計(jì)算原理是由于碼頭面板的剛度在水平面內(nèi)遠(yuǎn)超過平面外剛度，可以做剛性梁考慮，而每個排架可以作水平彈性支撐，當(dāng)某榀上排架上作用水平力F（圖1）時：

工程實(shí)例

算例 碼頭荷載每個分段7個排架，排架間距7m，懸臂2m，基樁采用Φ110厘米嵌巖灌注樁，碼頭荷載：船舶荷載 30000噸級舾裝雜貨船設(shè)計(jì)，撞擊力按500KN設(shè)計(jì)，系纜按450KN設(shè)計(jì)，碼頭平臺均布荷載：20kPa；流動荷載：汽20，門機(jī)荷載輪壓 250kN 單支腿輪數(shù)量5，軟件依據(jù)結(jié)構(gòu)斷面圖（圖 3）進(jìn)行計(jì)算，并給出了計(jì)算結(jié)果在M法模型下計(jì)算結(jié)果（圖4），并利用通用有限元程序進(jìn)行比對（表1）。

總結(jié)

《天科所內(nèi)河框架碼頭軟件》V1.0是專用的行業(yè)設(shè)計(jì)分析軟件，軟件的開發(fā)首先滿足了計(jì)算功能所有的要求，此外采用參數(shù)化建模方式提高建模的效率，軟件提供圖形顯示功能和圖形輸入輸出界面提高軟件的可操作性，軟件采用桿系有限法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算中考慮了施工過程，軟件可以按照M法嵌固點(diǎn)法對框架進(jìn)行計(jì)算分析，本文給出了各種單元的剛度矩陣的推導(dǎo)，軟件考慮了高樁框架結(jié)構(gòu)和一般高樁梁板結(jié)構(gòu)的水平分配系數(shù)的用法不同給出了修正的計(jì)算方法，軟件最終給出了工程計(jì)算實(shí)例，并通過通用計(jì)算分析軟件進(jìn)行比對，計(jì)算結(jié)果表明本軟件計(jì)算時正確可靠的。

參考文獻(xiàn)：

[1]高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范 （JTS 167-1-2010） 人民交通出版社 2010；

[2]港口工程荷載規(guī)范 JTS 144-1-2010人民交通出版社 2010；

[3]水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 JTS 151-2011；

[4]Open GL編程指南 （美國）施瑞奈爾（DaveShreiner） 機(jī)械工業(yè)出版社2010；

[5]有限單元法基本原理和數(shù)值方法（第二版） 王勖成、邵敏 清華大學(xué)出版社；

（作者單位：交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院）

摘 要：《天科所內(nèi)河框架碼頭軟件》V1.0是依據(jù)《高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》JTS 167-1-2010開發(fā)的行業(yè)設(shè)計(jì)分析軟件，軟件可以依據(jù)工程基本條件，自動形成計(jì)算分析模型，最終提供內(nèi)力、配筋等計(jì)算結(jié)果。本文中給出了該軟件的功能設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)和工程應(yīng)用實(shí)例。

關(guān)鍵詞：框架碼頭 大水位差 軟件 開發(fā) 應(yīng)用

前言

高樁框架式碼頭是內(nèi)河中常見的一種碼頭結(jié)構(gòu)形式，適用于大水位差區(qū)域，但是該種結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、荷載復(fù)雜，利用Ansys、Sap2000等通用有限元分析軟件對該結(jié)構(gòu)分析時，需要設(shè)計(jì)人員對施工過程、設(shè)計(jì)荷載計(jì)算和通用分析軟件都要精通，對設(shè)計(jì)人員素質(zhì)要求非常高，從而增加了設(shè)計(jì)院的人力成本。本軟件利用三維圖形顯示技術(shù)和有限元計(jì)算原理結(jié)合水運(yùn)工程行業(yè)規(guī)范開發(fā)專用的高樁框架式碼頭設(shè)計(jì)分析軟件，該軟件具有荷載前處理、單元自動劃分、內(nèi)力計(jì)算、效應(yīng)組合、結(jié)構(gòu)配筋和計(jì)算結(jié)果整理等功能，由于該軟件是為特定結(jié)構(gòu)定制開發(fā)的設(shè)計(jì)分析軟件，因此可以將設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思維程序化，簡化了設(shè)計(jì)人員在計(jì)算分析過程中前處理和后處理上的工作量，提高工作效率。

軟件開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

1、軟件編寫

軟件開發(fā)中采用Visual studio .net語言進(jìn)行編程，.net可以將c++和 Vb等編程語言進(jìn)行無縫結(jié)合，此外還提供美觀的界面控件，可以快速的設(shè)計(jì)界面，本軟件設(shè)計(jì)風(fēng)格為左側(cè)為樹形菜單，右側(cè)為顯示區(qū)域，軟件基于Opengl技術(shù)提供三維實(shí)體顯示功能，并提供圖形控制菜單，可以對圖形進(jìn)行放大、縮小和平移功能，軟件提供結(jié)構(gòu)顯示、內(nèi)力顯示和荷載顯示開關(guān)，軟件采用Dataset 數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)儲存，并使用表格控件進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入輸出，軟件可以直接將數(shù)據(jù)復(fù)制到EXCEL中。

2、內(nèi)力計(jì)算

軟件內(nèi)力考慮了施工階段，其中考慮打樁階段、現(xiàn)澆下橫梁階段和現(xiàn)澆上橫梁階段，結(jié)構(gòu)模型簡化為剛架，按照桿系有限元法計(jì)算，計(jì)算中縱梁、橫梁、柱、泥面以上樁為梁單元，梁單元的剛度矩陣為考慮軸向變形桿剛度矩陣KEa和考慮彎曲的梁單元KEb的組合：

3、水平力分配系數(shù)

高樁框架式碼頭按照平面模式計(jì)算時，排架上的水平力需考慮水平力分配系數(shù)[1]，該系數(shù)計(jì)算原理是由于碼頭面板的剛度在水平面內(nèi)遠(yuǎn)超過平面外剛度，可以做剛性梁考慮，而每個排架可以作水平彈性支撐，當(dāng)某榀上排架上作用水平力F（圖1）時：

工程實(shí)例

算例 碼頭荷載每個分段7個排架，排架間距7m，懸臂2m，基樁采用Φ110厘米嵌巖灌注樁，碼頭荷載：船舶荷載 30000噸級舾裝雜貨船設(shè)計(jì)，撞擊力按500KN設(shè)計(jì)，系纜按450KN設(shè)計(jì)，碼頭平臺均布荷載：20kPa；流動荷載：汽20，門機(jī)荷載輪壓 250kN 單支腿輪數(shù)量5，軟件依據(jù)結(jié)構(gòu)斷面圖（圖 3）進(jìn)行計(jì)算，并給出了計(jì)算結(jié)果在M法模型下計(jì)算結(jié)果（圖4），并利用通用有限元程序進(jìn)行比對（表1）。

總結(jié)

《天科所內(nèi)河框架碼頭軟件》V1.0是專用的行業(yè)設(shè)計(jì)分析軟件，軟件的開發(fā)首先滿足了計(jì)算功能所有的要求，此外采用參數(shù)化建模方式提高建模的效率，軟件提供圖形顯示功能和圖形輸入輸出界面提高軟件的可操作性，軟件采用桿系有限法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算中考慮了施工過程，軟件可以按照M法嵌固點(diǎn)法對框架進(jìn)行計(jì)算分析，本文給出了各種單元的剛度矩陣的推導(dǎo)，軟件考慮了高樁框架結(jié)構(gòu)和一般高樁梁板結(jié)構(gòu)的水平分配系數(shù)的用法不同給出了修正的計(jì)算方法，軟件最終給出了工程計(jì)算實(shí)例，并通過通用計(jì)算分析軟件進(jìn)行比對，計(jì)算結(jié)果表明本軟件計(jì)算時正確可靠的。

參考文獻(xiàn)：

[1]高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范 （JTS 167-1-2010） 人民交通出版社 2010；

[2]港口工程荷載規(guī)范 JTS 144-1-2010人民交通出版社 2010；

[3]水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 JTS 151-2011；

[4]Open GL編程指南 （美國）施瑞奈爾（DaveShreiner） 機(jī)械工業(yè)出版社2010；

[5]有限單元法基本原理和數(shù)值方法（第二版） 王勖成、邵敏 清華大學(xué)出版社；

（作者單位：交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院）

摘 要：《天科所內(nèi)河框架碼頭軟件》V1.0是依據(jù)《高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》JTS 167-1-2010開發(fā)的行業(yè)設(shè)計(jì)分析軟件，軟件可以依據(jù)工程基本條件，自動形成計(jì)算分析模型，最終提供內(nèi)力、配筋等計(jì)算結(jié)果。本文中給出了該軟件的功能設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)和工程應(yīng)用實(shí)例。

關(guān)鍵詞：框架碼頭 大水位差 軟件 開發(fā) 應(yīng)用

前言

高樁框架式碼頭是內(nèi)河中常見的一種碼頭結(jié)構(gòu)形式，適用于大水位差區(qū)域，但是該種結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、荷載復(fù)雜，利用Ansys、Sap2000等通用有限元分析軟件對該結(jié)構(gòu)分析時，需要設(shè)計(jì)人員對施工過程、設(shè)計(jì)荷載計(jì)算和通用分析軟件都要精通，對設(shè)計(jì)人員素質(zhì)要求非常高，從而增加了設(shè)計(jì)院的人力成本。本軟件利用三維圖形顯示技術(shù)和有限元計(jì)算原理結(jié)合水運(yùn)工程行業(yè)規(guī)范開發(fā)專用的高樁框架式碼頭設(shè)計(jì)分析軟件，該軟件具有荷載前處理、單元自動劃分、內(nèi)力計(jì)算、效應(yīng)組合、結(jié)構(gòu)配筋和計(jì)算結(jié)果整理等功能，由于該軟件是為特定結(jié)構(gòu)定制開發(fā)的設(shè)計(jì)分析軟件，因此可以將設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思維程序化，簡化了設(shè)計(jì)人員在計(jì)算分析過程中前處理和后處理上的工作量，提高工作效率。

軟件開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

1、軟件編寫

軟件開發(fā)中采用Visual studio .net語言進(jìn)行編程，.net可以將c++和 Vb等編程語言進(jìn)行無縫結(jié)合，此外還提供美觀的界面控件，可以快速的設(shè)計(jì)界面，本軟件設(shè)計(jì)風(fēng)格為左側(cè)為樹形菜單，右側(cè)為顯示區(qū)域，軟件基于Opengl技術(shù)提供三維實(shí)體顯示功能，并提供圖形控制菜單，可以對圖形進(jìn)行放大、縮小和平移功能，軟件提供結(jié)構(gòu)顯示、內(nèi)力顯示和荷載顯示開關(guān)，軟件采用Dataset 數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)儲存，并使用表格控件進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入輸出，軟件可以直接將數(shù)據(jù)復(fù)制到EXCEL中。

2、內(nèi)力計(jì)算

軟件內(nèi)力考慮了施工階段，其中考慮打樁階段、現(xiàn)澆下橫梁階段和現(xiàn)澆上橫梁階段，結(jié)構(gòu)模型簡化為剛架，按照桿系有限元法計(jì)算，計(jì)算中縱梁、橫梁、柱、泥面以上樁為梁單元，梁單元的剛度矩陣為考慮軸向變形桿剛度矩陣KEa和考慮彎曲的梁單元KEb的組合：

3、水平力分配系數(shù)

高樁框架式碼頭按照平面模式計(jì)算時，排架上的水平力需考慮水平力分配系數(shù)[1]，該系數(shù)計(jì)算原理是由于碼頭面板的剛度在水平面內(nèi)遠(yuǎn)超過平面外剛度，可以做剛性梁考慮，而每個排架可以作水平彈性支撐，當(dāng)某榀上排架上作用水平力F（圖1）時：

工程實(shí)例

算例 碼頭荷載每個分段7個排架，排架間距7m，懸臂2m，基樁采用Φ110厘米嵌巖灌注樁，碼頭荷載：船舶荷載 30000噸級舾裝雜貨船設(shè)計(jì)，撞擊力按500KN設(shè)計(jì)，系纜按450KN設(shè)計(jì)，碼頭平臺均布荷載：20kPa；流動荷載：汽20，門機(jī)荷載輪壓 250kN 單支腿輪數(shù)量5，軟件依據(jù)結(jié)構(gòu)斷面圖（圖 3）進(jìn)行計(jì)算，并給出了計(jì)算結(jié)果在M法模型下計(jì)算結(jié)果（圖4），并利用通用有限元程序進(jìn)行比對（表1）。

總結(jié)

《天科所內(nèi)河框架碼頭軟件》V1.0是專用的行業(yè)設(shè)計(jì)分析軟件，軟件的開發(fā)首先滿足了計(jì)算功能所有的要求，此外采用參數(shù)化建模方式提高建模的效率，軟件提供圖形顯示功能和圖形輸入輸出界面提高軟件的可操作性，軟件采用桿系有限法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算中考慮了施工過程，軟件可以按照M法嵌固點(diǎn)法對框架進(jìn)行計(jì)算分析，本文給出了各種單元的剛度矩陣的推導(dǎo)，軟件考慮了高樁框架結(jié)構(gòu)和一般高樁梁板結(jié)構(gòu)的水平分配系數(shù)的用法不同給出了修正的計(jì)算方法，軟件最終給出了工程計(jì)算實(shí)例，并通過通用計(jì)算分析軟件進(jìn)行比對，計(jì)算結(jié)果表明本軟件計(jì)算時正確可靠的。

參考文獻(xiàn)：

[1]高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范 （JTS 167-1-2010） 人民交通出版社 2010；

[2]港口工程荷載規(guī)范 JTS 144-1-2010人民交通出版社 2010；

[3]水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 JTS 151-2011；

[4]Open GL編程指南 （美國）施瑞奈爾（DaveShreiner） 機(jī)械工業(yè)出版社2010；

[5]有限單元法基本原理和數(shù)值方法（第二版） 王勖成、邵敏 清華大學(xué)出版社；

（作者單位：交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院）