MIDAS CIVIL在高樁碼頭承載能力計算分析中的應用

成小飛（福建省交通科學技術研究所,福州 350004）

MIDAS CIVIL在高樁碼頭承載能力計算分析中的應用

成小飛
（福建省交通科學技術研究所,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算分析中的應用，結合工程實例，具體計算了碼頭軌道梁、橫梁及樁基的承載能力，并進行了校核計算。結果表明，碼頭中的軌道梁、橫梁及樁基均滿足承載要求。MIDAS CIVIL可以簡便地應用在高樁碼頭的結構計算中，對實際工程計算具有一定的指導意義。

關鍵詞：高樁碼頭;承載能力;MIDAS CIVI

目前關于高樁碼頭承載能力的評估方法主要分為現場檢測和室內計算兩種方法。現場檢測主要是采用碼頭結構原位荷載試驗的方法來評估碼頭的實際承載能力，該方法能夠較真實地反映碼頭的實際承載能力，但存在現場操作復雜、檢測成本高、對碼頭的安全造成隱患等缺點，因此該方法實際應用較少。室內計算即采用大型結構計算分析軟件對該碼頭建立有限元模型，施加現有實際荷載，從而分析該碼頭的承載能力，該方法具有成本低、效率高、計算結果準確等優點，被廣泛使用。其中應用最多的為ΑNSYS有限元計算分析軟件，隨著計算機的高速發展，其它軟件如MIDΑS CIVIL、SΑP2000[1]等也逐漸被結構設計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、穩定性、截面直觀性等優點，可適用于港口工程、橋梁結構、地下結構、工業建筑、水利工程等結構的設計與分析。

本文結合工程實例，采用MIDΑS CIVIL有限元軟件對某高樁碼頭的承載能力進行計算分析。

1 工程概況

某碼頭工程項目：采用高樁梁板結構型式，由前、后平臺組成，可靠泊1.5萬噸貨輪，為卸船泊位，碼頭前沿總長153m。碼頭采用600mm×600mm實心方樁作為基礎，共有229根方樁，碼頭平臺共27個排架，排架間距為6.0m。

2 計算模型建立

依據碼頭的設計圖紙，取碼頭卸船泊位前平臺的1個結構段建立MIDΑS CIVIL有限元計算模型，在建立模型時只對碼頭結構段的縱橫梁、面板還有樁基進行了建模，而未考慮靠船構件、系纜柱等附屬結構。

圖1 有限元模型標準試圖

2.1 有限元模型

根據設計圖紙上顯示的高樁碼頭結構型式，三維有限元計算模型尺寸為：橫向為碼頭前沿寬度，為14.5m，縱向為兩道沉降縫之間的距離，為48m，豎向包括樁基及面板。樁基、縱橫梁均采用梁單元，面板采用板單元，有限元模型見圖1。

2. 2 邊界條件

結合實際工程情況將碼頭的縱橫梁與面板各個部件進行了剛性連接，使上部結構連成一個整體；橫梁和下部樁基的連接采用固結，接點轉動時組成的各構件之間的相互角度不變，忽略梁的軸向變形，建模時將樁基底端嵌固。

3 計算結果及分析

3.1 MIDAS空間框架計算

本次計算考慮2種工況，工況1為自重、地面堆載、卸船機荷載、車輛荷載及船舶系纜力作用效應組合；工況2為自重、地面堆載、卸船機荷載、車輛荷載及船舶撞擊力作用效應組合。根據《高樁碼頭設計與施工規范》（JΤS167-1-2010）[3]中關于荷載分項系數規定，自重、地面堆載的分項系數取1.2，車輛荷載、船舶系纜力的分項系數取為1.4，卸船機荷載、船舶撞擊力的分項系數取為1.5。計算工況詳見表1。

表1 計算工況

分別計算以上2種工況對應作用效應組合下結構段的縱梁、橫梁、面板及樁基的內力。由于篇幅限制，文章只列出了其中最不利工況下軌道梁、橫梁及樁基的內力計算結果。

（1）軌道梁內力計算結果

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 軌道梁計算內力值

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的計算結果可得出軌道梁的最大內力值及最小內力值，如下表2所示：

式中：彎矩正值表示構件上部受壓，下部受拉；負值表示構件上部受拉，下部受壓；剪力正值表示與圖中坐標系方向一致，負值表示與圖中坐標系方向相反。

（2）橫梁內力計算結果

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的計算結果可得出橫梁的最大內力值及最小內力值，如下表3所示：

表3 橫梁計算內力值

式中：彎矩正值表示構件上部受壓，下部受拉；負值表示構件上部受拉，下部受壓；剪力正值表示與圖中坐標系方向一致，負值表示與圖中坐標系方向相反。

（3） 樁基軸力計算結果

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的計算結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 樁基計算軸力值

表中：軸力負值表示構件受壓。

3.2 計算結果分析

以上計算得到了最不利工況作用下碼頭結構段主要構件軌道梁、橫梁及樁基內力的最大值和最小值。再根據原設計圖紙和配筋，求得軌道梁、橫梁及樁基的承載力列于表3.4，進行校核分析。由表3.4可以看出：碼頭結構段的軌道梁、橫梁及樁基的最大正負彎矩、剪力及軸力作用效應組合值均小于各構件極限承載力，滿足承載要求。

表5 構件校核計算

4 結語

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

最后將內力計算結果同各構件的極限承載力進行比較，結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計算簡單、快捷、準確、結果直觀，可以廣泛應用于高樁碼頭的結構計算中，對實際工程計算具有一定的指導意義。

參考文獻：

[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研究[J].中國港灣建設,2009,28(03):24-25,40.

[2]JTS144-1-2010.港口工程荷載規范[S].

[3]JTS167-1-2010.高樁碼頭設計與施工規范[S].