內(nèi)河高樁框架碼頭結(jié)構(gòu)應(yīng)用及受力特性分析

李武

（廣西江舟物流有限公司 廣西南寧 530021）

內(nèi)河高樁框架碼頭結(jié)構(gòu)應(yīng)用及受力特性分析

李武

（廣西江舟物流有限公司 廣西南寧 530021）

本文主要是以某一內(nèi)河高樁框架碼頭作為實(shí)例進(jìn)行講述，對該碼頭結(jié)構(gòu)應(yīng)用及受力特性進(jìn)行分析，主要目的是為日后內(nèi)河高樁框架碼頭建設(shè)提供有效借鑒和參考。

內(nèi)河；高樁框架碼頭；結(jié)構(gòu)；受力特性；分析

1 前言

高樁框架碼頭不但剛度大，整體性好，還具有良好的抗震性能，主要適用在水位差比較大的內(nèi)河碼頭，符合兩層或者多層系靠船的要求。在對其設(shè)計(jì)以及規(guī)范設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，建議采用空間結(jié)構(gòu)模型方式來進(jìn)行計(jì)算。

2 工程實(shí)例

2.1 工程基本概況

某一內(nèi)河高樁框架碼頭，其高低水位差設(shè)計(jì)為11.68m。按照總平面進(jìn)行布置，該碼頭的面頂高程以及港池底高程分別為44m以及26.8m，碼頭長和寬分別為332m以及27m。經(jīng)過地質(zhì)勘探后發(fā)現(xiàn)，在該場地的地基范圍之內(nèi)，碼頭樁基持力層主要由白云質(zhì)灰?guī)r組成，而巖土層結(jié)構(gòu)主要是由白云質(zhì)灰?guī)r以及粉質(zhì)粘土組成。縱橫向聯(lián)系梁、現(xiàn)澆縱梁、現(xiàn)澆立柱、橫梁組成了該碼頭的上部結(jié)構(gòu)。其中，靠船立柱斷面、縱橫向聯(lián)系梁、立柱斷面的尺寸分別為 3000mm×1200mm、1000mm×600mm、1000mm×1000mm。現(xiàn)澆軌道梁以及碼頭面現(xiàn)澆縱梁分別為2060mm×1000mm和1800mm×500mm。

該碼頭的工作平臺可分為三層，第一層主要為碼頭的頂面，其高程為40m；第二層和第三層頂面高程分別為38.2m和33.1m。碼頭一共可以劃分為十個(gè)結(jié)構(gòu)段，每個(gè)結(jié)構(gòu)段長度為33m，均屬于全直樁結(jié)構(gòu)，每個(gè)結(jié)構(gòu)段有五個(gè)排架，橫方向排架間距為7.1m，總共有五十個(gè)碼頭排架。碼頭排架的內(nèi)樁主要是由兩根直徑1200mm的灌注樁以及三根直徑1400mm灌注樁構(gòu)成。三根灌注樁的間距為5.24m。在碼頭前沿設(shè)置五臺45t-25m多用途門機(jī)，基距以及軌距均為10.5m。碼頭的結(jié)構(gòu)按照3000t級貨船來進(jìn)行設(shè)計(jì)，在碼頭的每個(gè)排架上布置橡膠護(hù)舷（L=2000，DA-A500H），間距為7.2m。把頂層系船柱布置在橫梁上，其它系船柱布置在靠船立柱側(cè)面上，與碼頭前沿相距0.6m。

2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算相關(guān)方法

采用有限單元方法對框架碼頭進(jìn)行計(jì)算，可以分為空間框架結(jié)構(gòu)計(jì)算以及平面剛架計(jì)算兩種。現(xiàn)本文主要是采用空間框架結(jié)構(gòu)來進(jìn)行計(jì)算，該方法主要采用大型通用有限元軟件SAP2000來進(jìn)行計(jì)算，該程序主要是對樁基受力模型采用假想鑲嵌固點(diǎn)法以及桿系有限單元法來對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。一般來說，框架碼頭的樁基都是采用灌注型嵌巖樁，模型均是把樁基嵌固點(diǎn)當(dāng)作三向固定約束，確保其在各個(gè)方向上的位移均為0。

在現(xiàn)行高樁碼頭設(shè)計(jì)當(dāng)中，其橫向和縱向均為多層平面的剛架結(jié)構(gòu)，確保樁和上部的結(jié)構(gòu)連接的時(shí)候具有足夠的錨固強(qiáng)度：一般要求樁按上下固接進(jìn)行計(jì)算。碼頭按空間結(jié)構(gòu)計(jì)算的時(shí)候，要以計(jì)算樁內(nèi)力為主要目的。根據(jù)平面問題以及空間問題進(jìn)行分析：基樁內(nèi)力相差不大。框架碼頭作為剛性樁臺：在外力的作用下，一般只會考慮樁臺的轉(zhuǎn)動(dòng)和位移，而不考慮框架本身的變形。當(dāng)對框架內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，可以把靠船立柱、立柱、橫梁等構(gòu)件簡化為單個(gè)的桿件，并充分考慮桿件的剛度。各個(gè)節(jié)點(diǎn)均按照固結(jié)進(jìn)行處理，用空間桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。

2.3 作用效應(yīng)組合

在碼頭結(jié)構(gòu)來中，其作用效應(yīng)一般可分為碼頭面均載、自重力、水流力以及船舶荷載等幾種。對各種可能同時(shí)出現(xiàn)的荷載進(jìn)行充分考慮，最不利的組合形式具體如下幾種：①組合一：自重（固定設(shè)備自重）+碼頭面均載+水流力（洪水期最大的設(shè)計(jì)流速）。②組合二：自重+撞擊力（主導(dǎo)可變荷載）+碼頭面均載+水流力（作業(yè)允許流速）。③組合三：自重（主導(dǎo)可變荷載）+系纜力+門機(jī)荷載+碼頭面均載+集裝箱拖掛車+水流力（作業(yè)允許流速）。④組合二：自重+門機(jī)荷載（主導(dǎo)可變荷載）+系纜力+碼頭面均載+集裝箱拖掛車+水流力（作業(yè)允許流速）。

2.4 主要外荷載

一般來說，有水流力、碼頭面均載、船舶荷載、流動(dòng)機(jī)械荷載等均屬于碼頭的外荷載范疇。本文實(shí)例所提到船舶荷載主要是根據(jù)3000DWT內(nèi)河船舶，按照靠泊作業(yè)的水流條件以及風(fēng)速來進(jìn)行計(jì)算，即計(jì)算的時(shí)候采用的系纜力為450kN。撞擊力主要是按照護(hù)舷吸能曲線查表之后進(jìn)行選取。水流力主要是根據(jù)不作業(yè)時(shí)最大的水流速度以及作業(yè)時(shí)允許的水流速度，對構(gòu)件的水流力進(jìn)行計(jì)算。碼頭面均載主要按照規(guī)范取30kPa。裝卸設(shè)備的荷載主要是根據(jù)45t-25m門機(jī)，一共三十二個(gè)輪，四條腿。流動(dòng)機(jī)械主要為40t的集裝箱拖車。

2.5 計(jì)算結(jié)果

碼頭工作平臺承載能力極限狀態(tài)持久組合及正常極限狀態(tài)持久狀況的長期效應(yīng)組合下，空間框架的最大內(nèi)應(yīng)力以及平面剛架的計(jì)算結(jié)果具體如表1所示。

2.6 結(jié)構(gòu)受力特性分析

（1）經(jīng)過計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，兩種模型的樁力差別在10%范圍內(nèi)，結(jié)果都比較接近。充分說明了框架結(jié)構(gòu)在傳遞豎向荷載方面貢獻(xiàn)小，從垂直力角度分析，主要是由兩個(gè)相鄰的排架樁基來承受。

表1

（2）從上表數(shù)據(jù)結(jié)果觀察得知：平面剛架模型的軌道梁以及橫梁內(nèi)力計(jì)算結(jié)果要稍微大于空間框架模型，充分說明了框架橫向在受力傳遞過程中，縱向梁單元具有一定的貢獻(xiàn)，對于工程中采用平面剛架模型進(jìn)行計(jì)算的行為屬于比較保守的做法。

（3）通過對空間進(jìn)行分析計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，全直樁碼頭橫向位移較小，充分說明了采用灌注型嵌巖樁并帶縱橫梁系的全直樁框架碼頭結(jié)構(gòu)抵抗船舶水平荷載具有良好的效果，符合結(jié)構(gòu)的具體使用要求。從軸力、剪力以及彎距等各個(gè)部位來分析，碼頭結(jié)構(gòu)受力都在承載范圍之內(nèi)，均具備合理性。此外，可按照計(jì)算最終結(jié)果，在確保樁基、立柱以及軌道梁在安全合理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對構(gòu)件的空間進(jìn)行優(yōu)化。

（4）前排樁軸力比較大，而后排樁樁力比較小。究其原因主要是因?yàn)楹奢d在框架節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生固端彎距，而水平力主要作用于前排樁上。在計(jì)算過程中，經(jīng)過分配、傳遞以及再分配之后，出現(xiàn)逐級遞減現(xiàn)象，一般情況下，如果離荷載作用點(diǎn)位置越遠(yuǎn)，其產(chǎn)生的影響也會減小。

3 結(jié)束語

本文通過計(jì)算，分析總結(jié)了框架碼頭受力特性主要為：碼頭具有很強(qiáng)的抗彎能力，水平變位小，結(jié)構(gòu)剛度大，具有多種作用效應(yīng)以及作用組合。垂直力應(yīng)把裝卸設(shè)備作為主導(dǎo)，對樁柱軸、剪力以及梁板產(chǎn)生影響較大；此外，碼頭水平力主要把船舶荷載作為主導(dǎo)，但需要注意的是不能忽視水流力所產(chǎn)生的作用效應(yīng)對梁柱彎距所產(chǎn)生的影響。通過對框架碼頭受力分析，望為日后框架碼頭設(shè)計(jì)做出更多的指導(dǎo)，確保框架碼頭建設(shè)更具安全合理性。

[1]李高陽，陳大可，錢正委，朱廣安.高樁梁板碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析[J].中國水運(yùn)（下半月），2014，20（07）：99～101.

[2]陳維平.高樁框架碼頭檢測與分析[J].工程與建設(shè)，2015，23（04）：777～779.

U656.1

A

1004-7344（2016）13-0151-02

2016-4-19

李 武（1981-），男，工程師，本科，主要從事港口碼頭、航道整治的設(shè)計(jì)及管理方面工作。