肋形板梁式液體化工碼頭樁臺結構研究

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北 武漢 430071）

肋形板梁式液體化工碼頭樁臺結構研究

趙宇，馮美果，楊玉勤

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北 武漢 430071）

針對液體化工碼頭樁臺無有軌裝卸設備荷載、豎向使用荷載小且水平荷載較大的特點，提出了肋形板梁式液體化工碼頭樁臺結構。通過計算分析及構造處理可以得出，肋形板梁式結構是一種安全可靠、整體性好、預制安裝程度高、施工快捷且造價較省的結構形式，具備良好的應用前景，可為實際工程提供一種供比選的結構形式。

肋形板梁式結構；上部結構；液體化工碼頭；高樁碼頭

高樁碼頭是我國港口工程水工建筑物主要形式，其結構形式較多，以板梁式應用最為普遍，廣泛應用于沿海和內河港口[1]。

液體化工碼頭采用高樁結構形式較多，平面通常布置成引橋連片式或墩式。引橋連片式高樁碼頭由樁臺、引橋和接岸結構組成（也有在樁臺兩端設置系纜墩的實例）；墩式高樁碼頭由工作平臺、靠船墩、系纜墩、人行橋、引橋和接岸結構組成。一般液體化工碼頭靠船墩和系纜墩采用高樁墩式結構，樁臺、工作平臺和引橋采用高樁板梁式結構。高樁式液體化工碼頭的樁臺和工作平臺使用荷載大致相同，可采用相同結構形式，本文統一按高樁式液體化工碼頭樁臺進行敘述。筆者就高樁式液體化工碼頭樁臺結構進行研究和計算，尋找一種施工便捷、經濟合理的結構形式。

1 高樁式液體化工碼頭樁臺的荷載特點及常規結構形式

碼頭樁臺直接承受船舶的?？孔饔昧Σ⒐┭b卸作業，故必須滿足設計船型和工藝荷載要求。

1.1 高樁式液體化工碼頭樁臺的荷載特點

液體化工碼頭樁臺是液體散貨裝卸作業的區域，承受的作用分為永久作用（包括結構和固定設備自重力）、可變作用（包括堆貨荷載、撞擊力、系纜力、檢修汽車荷載和水流力）、偶然作用（包括非正常撞擊、火災和爆炸等）和地震作用[2]。

經與其它貨種碼頭的荷載比較后發現，高樁液體化工碼頭樁臺的荷載特點是無有軌裝卸設備荷載、豎向使用荷載?。ǜ鶕芫€布置，樁臺一般取10 kPa均布荷載）；對于相同外部條件下（船舶噸級、水文、自然條件），作用在樁臺上的水平荷載較其它貨種碼頭無區別。

1.2 高樁式液體化工碼頭樁臺的常規結構形式

高樁碼頭樁臺根據自然條件、荷載情況及使用要求等采用不同的上部結構形式。板梁式碼頭受力明確，能承受較大的線荷載，施工方便，其上部結構由面板、縱梁、橫梁和靠船構件等組成。

目前高樁式液體化工碼頭樁臺與其它貨種碼頭一樣，常采用板梁式結構形式。由于無需配置有軌裝卸設備，僅將能承受較大線荷載的軌道梁改為一般縱梁，其它沒有明顯區別。

2 常規高樁式液體化工碼頭樁臺結構的合理性分析及改進方向

目前多數高樁液體化工碼頭樁臺結構與其它貨種碼頭基本一樣，僅將軌道梁改為普通縱梁，沒有針對其荷載特點進行結構設置，易造成浪費。

針對高樁液體化工碼頭樁臺無有軌裝卸設備荷載，且使用荷載較小的特點，可不設置縱梁，上部結構采用實心大板、空心板或肋形板梁（即由一個方向的梁與板連成一體的結構）。實心板或空心板雖能適用，但承載能力及整體剛度較小，跨度及橫向剛度受到限制，而肋形板梁的承載能力明顯大于實心板或空心板，且整體剛度較好。因此采用肋形板梁替代縱梁和面板是可行的；水平荷載由沿受力方向布置的叉樁和斜樁承受。故高樁液體化工碼頭樁臺結構改進方向為用肋形板梁替代縱梁和面板（即肋形板梁式結構），加強肋形板梁與橫梁的連接以形成整體，并采取有針對性的布樁方式提高樁臺承受水平荷載的能力。

3 肋形板梁式液體化工碼頭樁臺結構研究

現以長江下游某已建50 000 DWT液體化工碼頭為依托，對肋形板梁式液體化工碼頭樁臺結構和常規液體化工碼頭樁臺結構進行對比研究。該碼頭典型剖面見圖1，單個結構段樁基布置見圖2。

圖1 常規高樁式樁臺設計Fig.1 Pile platform design of general high-piled wharf

圖2 單個結構段樁位布置圖Fig.2 Pile plan of a single structure segment

該碼頭平臺的平面尺度為240 m×25 m。采用排架式高樁板梁結構，排架間距7 m，單個結構段長30 m，基礎采用φ800 mm PHC預應力混凝土管樁，每榀排架設5根斜樁和1根直樁，斜樁斜率為4∶1；常規上部結構由橫梁、縱梁、前邊梁、系靠船梁和迭合面板等組成，其中縱梁高為1.3 m、梁肋寬0.5 m，迭合面板厚0.4 m。該碼頭平臺均布荷載為10 kPa，流動荷載為1 t叉車，碼頭共設置4臺30 cm（12英寸）裝卸臂（垂直荷載230 kN，水平荷載35 kN，傾覆力矩480 kN·m），系纜力為1 000 kN（快速脫纜鉤），撞擊力為1 800 kN（采用4個L=1 000 mm的TD-BB800H低反力型橡膠護舷，隔排架設置）。

圖3 肋形板梁式樁臺設計Fig.3 Rib plate girder pile platform design

若將該液體化工碼頭樁臺調整為肋形板梁式結構（圖3），保持樁基布置不變，僅需改變橫梁高度及上部結構。具體為保持前邊梁不變（因為前沿需布置橡膠護舷），采用3 m寬，0.9 m高肋形板梁（肋形板梁由兩根肋組成，肋中心距1.5m，肋寬0.4 m）代替原有的縱向梁板結構，并且將橫梁總高度減少0.5 m，碼頭設計剖面見圖3。

依據JTS 167-1—2010《高樁碼頭設計與施工規范》，當樁基布置空間特征顯著的碼頭，結構內力宜按空間結構計算[3]。因此，采用ANSYS通用有限元軟件分別對上述常規及肋形板梁式液體化工碼頭樁臺結構進行空間計算，計算模型采用殼單元（shell63）與梁單元（beam4）進行模擬，樁基部分根據彈性嵌固點法進行計算（根據計算，入土5 m為樁基嵌固點深度），在嵌固點處，樁基各方向的自由度均被約束。計算工況根據《高樁碼頭設計與施工規范》要求進行組合。

兩種結構主要構件計算結果如表1所示。從計算結果可以看出：在樁基布置不變的情況下，肋形板梁式結構主要受力構件計算結果與常規高樁結構計算結果相差不大，且單個肋形板梁彎矩較小。由此說明，肋形板梁式結構能夠滿足樁臺整體剛度及承載力要求，并且肋形板梁受力合理，充分發揮其承載能力特征。

表1 計算結果對比表Table 1 Computational results comparison

通過對單跨（跨度均為7m）常規高樁結構和肋形板梁式樁臺結構上部結構混凝土用量計算，可以得出，常規高樁結構混凝土用量為191.6 m3，而肋形板梁式結構混凝土用量僅為158.5 m3，較常規高樁結構混凝土用量減少17.3%，經濟效益非?？捎^。

4 肋形板梁式樁臺結構的構造處理措施和結構優點

肋形板梁式樁臺結構的構造處理措施：肋形板梁采用預制構件，其上現澆碼頭面層；預安肋形板梁間設置30 mm安裝縫，肋形板梁設置端板既可使肋形板梁和上橫梁牢固連接，也可作為上橫梁的施工側模；江側或海側上橫梁加寬部位，可在該處上橫梁設置牛腿以擱置肋形板梁，前后肋形板梁的端板重疊一部分；輸油臂或軟管吊處可有針對性地設置迭合縱梁。

對水位差大的樁臺結構，應設置靠船構件和2層系纜平臺，由于肋形板梁高度較普通縱梁大大降低，因此肋形板梁式樁臺結構除碼頭橫梁前端降低段外，其余橫梁底高程較高，因此橫梁現澆施工受水位影響較小，施工質量易于保證；上橫梁澆筑只需架立前后沿端模板，工作量小，施工快捷；肋形板梁集梁和板于一體，樁臺上部結構安裝可一次性完成，施工工序少，易于保證質量。

肋形板梁式樁臺結構具有安全可靠、整體性好（肋形板梁與橫梁連接面大、連接牢固）、預制安裝程度高、施工快捷且造價較省等優點，具備良好的應用前景。

5 結語

針對液體化工碼頭樁臺無有軌裝卸設備荷載、豎向使用荷載小且水平荷載較大的特點，提出了肋形板梁式樁臺結構。通過上述計算分析，可以看到肋形板梁式結構是一種安全可靠、整體性好、預制安裝程度高、施工快捷且造價較省的結構形式，具備良好的應用前景，為實際工程提供一種供比選的結構形式。

[1]交通部第一航務工程局設計研究院.海港碼頭結構設計手冊[M].北京：人民交通出版社，1975. Design and Research Institute of CCCC First Harbor Engineering Co.，Ltd.Design manual of harbor wharf structure[M].Beijing：China Communications Press，1975.

[2]JTS 144-1—2010，港口工程荷載規范[S]. JTS 144-1—2010，Load code for harbor engineering[S].

[3]JTS 167-1—2010，高樁碼頭設計與施工規范[S]. JTS167-1—2010，Design and constructioncodefor opentypewharf on piles[S].

Investigation on rib plate girder pile platform structure of liquid chemical engineering wharf

ZHAO Yu，FENG Mei-guo，YANG Yu-qin
（CCCC Second Harbor Consultants Co.，Ltd.，Wuhan，Hubei 430071，China）

According to the characteristics of pile platform of liquid chemical engineering wharf，such as no track handling equipment load，small vertical load and large horizontal load，the rib plate girder pile platform structure is proposed.Through analysis and conformation treatment，it can obtain that the rib plate girder structure is one structural type with the advantages of safety，good integrity，high pre-installation degree，fast construction and low cost.The structure has a good application prospects，and it can provide one comparison and selection structural type for actual projects.

rib plate girder structure；upper structure；liquid chemical engineering wharf；high-piled wharf

U656.113

：A

：1003-3688（2014）03-0047-04

10.7640/zggwjs201403009

2013-09-17

趙宇（1965— ），男，四川內江市人，副總工程師，高級工程師，港工結構專業。E-mail：zhaoyu@ctesi.com.cn