《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)《高樁碼頭設計與施工規(guī)范》JTS 167-1-2010開發(fā)的行業(yè)設計分析軟件，軟件可以依據(jù)工程基本條件，自動形成計算分析模型，最終提供內(nèi)力、配筋等計算結果。本文中給出了該軟件的功能設計、關鍵技術和工程應用實例。

關鍵詞：框架碼頭 大水位差 軟件 開發(fā) 應用

前言

高樁框架式碼頭是內(nèi)河中常見的一種碼頭結構形式，適用于大水位差區(qū)域，但是該種結構形式復雜、荷載復雜，利用Ansys、Sap2000等通用有限元分析軟件對該結構分析時，需要設計人員對施工過程、設計荷載計算和通用分析軟件都要精通，對設計人員素質要求非常高，從而增加了設計院的人力成本。本軟件利用三維圖形顯示技術和有限元計算原理結合水運工程行業(yè)規(guī)范開發(fā)專用的高樁框架式碼頭設計分析軟件，該軟件具有荷載前處理、單元自動劃分、內(nèi)力計算、效應組合、結構配筋和計算結果整理等功能，由于該軟件是為特定結構定制開發(fā)的設計分析軟件，因此可以將設計人員的設計思維程序化，簡化了設計人員在計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)關鍵技術

1、軟件編寫

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

2、內(nèi)力計算

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，結構模型簡化為剛架，按照桿系有限元法計算，計算中縱梁、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)計算原理是由于碼頭面板的剛度在水平面內(nèi)遠超過平面外剛度，可以做剛性梁考慮，而每個排架可以作水平彈性支撐，當某榀上排架上作用水平力F（圖1）時：

工程實例

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噸級舾裝雜貨船設計，撞擊力按500KN設計，系纜按450KN設計，碼頭平臺均布荷載：20kPa；流動荷載：汽20，門機荷載輪壓 250kN 單支腿輪數(shù)量5，軟件依據(jù)結構斷面圖（圖 3）進行計算，并給出了計算結果在M法模型下計算結果（圖4），并利用通用有限元程序進行比對（表1）。

總結

《天科所內(nèi)河框架碼頭軟件》V1.0是專用的行業(yè)設計分析軟件，軟件的開發(fā)首先滿足了計算功能所有的要求，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構進行計算分析，計算中考慮了施工過程，軟件可以按照M法嵌固點法對框架進行計算分析，本文給出了各種單元的剛度矩陣的推導，軟件考慮了高樁框架結構和一般高樁梁板結構的水平分配系數(shù)的用法不同給出了修正的計算方法，軟件最終給出了工程計算實例，并通過通用計算分析軟件進行比對，計算結果表明本軟件計算時正確可靠的。

參考文獻：

[1]高樁碼頭設計與施工規(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]水運工程混凝土結構設計規(guī)范 JTS 151-2011；

[4]Open GL編程指南 （美國）施瑞奈爾（DaveShreiner） 機械工業(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 清華大學出版社；

（作者單位：交通運輸部天津水運工程科學研究院）

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

關鍵詞：框架碼頭 大水位差 軟件 開發(fā) 應用

前言

高樁框架式碼頭是內(nèi)河中常見的一種碼頭結構形式，適用于大水位差區(qū)域，但是該種結構形式復雜、荷載復雜，利用Ansys、Sap2000等通用有限元分析軟件對該結構分析時，需要設計人員對施工過程、設計荷載計算和通用分析軟件都要精通，對設計人員素質要求非常高，從而增加了設計院的人力成本。本軟件利用三維圖形顯示技術和有限元計算原理結合水運工程行業(yè)規(guī)范開發(fā)專用的高樁框架式碼頭設計分析軟件，該軟件具有荷載前處理、單元自動劃分、內(nèi)力計算、效應組合、結構配筋和計算結果整理等功能，由于該軟件是為特定結構定制開發(fā)的設計分析軟件，因此可以將設計人員的設計思維程序化，簡化了設計人員在計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)關鍵技術

1、軟件編寫

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

2、內(nèi)力計算

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，結構模型簡化為剛架，按照桿系有限元法計算，計算中縱梁、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)計算原理是由于碼頭面板的剛度在水平面內(nèi)遠超過平面外剛度，可以做剛性梁考慮，而每個排架可以作水平彈性支撐，當某榀上排架上作用水平力F（圖1）時：

工程實例

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噸級舾裝雜貨船設計，撞擊力按500KN設計，系纜按450KN設計，碼頭平臺均布荷載：20kPa；流動荷載：汽20，門機荷載輪壓 250kN 單支腿輪數(shù)量5，軟件依據(jù)結構斷面圖（圖 3）進行計算，并給出了計算結果在M法模型下計算結果（圖4），并利用通用有限元程序進行比對（表1）。

總結

《天科所內(nèi)河框架碼頭軟件》V1.0是專用的行業(yè)設計分析軟件，軟件的開發(fā)首先滿足了計算功能所有的要求，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構進行計算分析，計算中考慮了施工過程，軟件可以按照M法嵌固點法對框架進行計算分析，本文給出了各種單元的剛度矩陣的推導，軟件考慮了高樁框架結構和一般高樁梁板結構的水平分配系數(shù)的用法不同給出了修正的計算方法，軟件最終給出了工程計算實例，并通過通用計算分析軟件進行比對，計算結果表明本軟件計算時正確可靠的。

參考文獻：

[1]高樁碼頭設計與施工規(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]水運工程混凝土結構設計規(guī)范 JTS 151-2011；

[4]Open GL編程指南 （美國）施瑞奈爾（DaveShreiner） 機械工業(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 清華大學出版社；

（作者單位：交通運輸部天津水運工程科學研究院）

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

關鍵詞：框架碼頭 大水位差 軟件 開發(fā) 應用

前言

高樁框架式碼頭是內(nèi)河中常見的一種碼頭結構形式，適用于大水位差區(qū)域，但是該種結構形式復雜、荷載復雜，利用Ansys、Sap2000等通用有限元分析軟件對該結構分析時，需要設計人員對施工過程、設計荷載計算和通用分析軟件都要精通，對設計人員素質要求非常高，從而增加了設計院的人力成本。本軟件利用三維圖形顯示技術和有限元計算原理結合水運工程行業(yè)規(guī)范開發(fā)專用的高樁框架式碼頭設計分析軟件，該軟件具有荷載前處理、單元自動劃分、內(nèi)力計算、效應組合、結構配筋和計算結果整理等功能，由于該軟件是為特定結構定制開發(fā)的設計分析軟件，因此可以將設計人員的設計思維程序化，簡化了設計人員在計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)關鍵技術

1、軟件編寫

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

2、內(nèi)力計算

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，結構模型簡化為剛架，按照桿系有限元法計算，計算中縱梁、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)計算原理是由于碼頭面板的剛度在水平面內(nèi)遠超過平面外剛度，可以做剛性梁考慮，而每個排架可以作水平彈性支撐，當某榀上排架上作用水平力F（圖1）時：

工程實例

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噸級舾裝雜貨船設計，撞擊力按500KN設計，系纜按450KN設計，碼頭平臺均布荷載：20kPa；流動荷載：汽20，門機荷載輪壓 250kN 單支腿輪數(shù)量5，軟件依據(jù)結構斷面圖（圖 3）進行計算，并給出了計算結果在M法模型下計算結果（圖4），并利用通用有限元程序進行比對（表1）。

總結

《天科所內(nèi)河框架碼頭軟件》V1.0是專用的行業(yè)設計分析軟件，軟件的開發(fā)首先滿足了計算功能所有的要求，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構進行計算分析，計算中考慮了施工過程，軟件可以按照M法嵌固點法對框架進行計算分析，本文給出了各種單元的剛度矩陣的推導，軟件考慮了高樁框架結構和一般高樁梁板結構的水平分配系數(shù)的用法不同給出了修正的計算方法，軟件最終給出了工程計算實例，并通過通用計算分析軟件進行比對，計算結果表明本軟件計算時正確可靠的。

參考文獻：

[1]高樁碼頭設計與施工規(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]水運工程混凝土結構設計規(guī)范 JTS 151-2011；

[4]Open GL編程指南 （美國）施瑞奈爾（DaveShreiner） 機械工業(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 清華大學出版社；

（作者單位：交通運輸部天津水運工程科學研究院）