應用MIDAS Civil軟件的高樁梁板式碼頭結構計算方法淺析

張叢麗

摘 要：MIDAS Civil空間有限元分析軟件，目前主要用于橋梁結構、地下結構、工業建筑、飛機場、大壩、港口等結構的分析與設計。MIDAS Civil軟件，具有精度高、計算結果顯示直觀生動、效率高等優點。該文以湛江東海島某高樁梁板碼頭的結構設計計算為例，采用有限元軟件MIDAS Civil對其進行三維整體建模，對在移動荷載作用下的碼頭結構的整體受力情況進行了分析并與傳統的二維平面計算方法進行比較，得出了更為準確合理的計算結果，可作為同類型實際工程設計的參考。

關鍵詞：MIDAS Civil軟件 高樁梁 板式碼頭

中圖分類號：U656 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（b）-0090-02

高樁梁板碼頭的傳統計算方法是將碼頭簡化為二維平面結構，即橫向排架，再將空間荷載按比例系數分配作用于簡化的橫向排架上，排架內力按平面桿系計算。由于碼頭面荷載較復雜多變，尤其對于門機、門座起重機、卸船機等移動荷載，傳統平面計算方法無法考慮；同時，高樁梁板碼頭實為空間結構，作用力同時向縱向和橫向兩個方向傳遞，傳統的平面計算方法同樣無法考慮。

隨著計算機技術的高速發展，各種復雜的空間結構計算分析軟件大量涌現并且逐漸為設計人員所采用。MIDAS Civil是一款通用的空間有限元分析軟件，可適用于橋梁結構、地下結構、工業建筑、飛機場、大壩、港口等結構的分析與設計。MIDAS Civil結合國內規范與習慣，在建模、分析、后處理、設計等方面提供了很多便利的功能。其主要特點如下。

提供菜單、表格、文本、CAD導入和部分其他程序文件等靈活多樣的建模功能；提供中國、美國、英國、德國、日本等國家的材料和截面數據庫、混凝土收縮和徐變規范、移動荷載規范；提供桁架、一般梁/變截面梁、平面應力/平面應變、板、實體單元等工程實際所需的各種有限元模型；在后處理中，可根據設計規范自動生成荷載組合，也可以手動添加和修改荷載組合；可以輸出各種反力、位移、內力和應力的圖形、表格和文本，提供靜力和動力分析的動畫文件等。

該文即采用MIDAS Civil對湛江東海島某高樁梁板碼頭進行結構計算分析。

1 工程概況

湛江東海島某碼頭總長392 m，寬36.8 m，碼頭面頂高程7.5 m，前沿設計底高程為-10.7 m。

碼頭采用高樁梁板結構，共分5個結構段，每個結構段長78.4 m，排架間距9 m。

樁基礎采用φ1.2 mPHC樁與φ1.0 m鋼管樁組合方案。每個排架下設置8根樁，含一對叉樁與6根直樁，叉樁斜率5∶1；其中叉樁為鋼管樁，直樁為PHC樁。所有樁端以粗砂層作為持力層。

碼頭結構采用正交梁板體系，橫梁縱梁均為梯形截面，梁高2.5 m，寬1.2 m，面板厚0.55 m。

碼頭附屬設施采用1 500 kN系船柱與SC1450H兩鼓一板標準反力型橡膠護舷，系船柱間距27 m，橡膠護舷間距18 m。

2 建立模型

結合工程實際情況，碼頭的縱橫梁、面板、樁帽之間的連接方式采用剛性連接，從而使碼頭的上部結構形成一個整體；樁帽與下部樁基的連接方式采用固接；樁基底端嵌固。

碼頭各構件截面按照實際尺寸進行建模，面板、橫梁、縱梁的中性面、中性軸按實際高程考慮。樁基采用假想嵌固點法，根據地質土層參數計算假想嵌固點高程。建模時，碼頭面板采用板單元，其余構件均采用梁單元，有限元模型如圖1所示。

3 荷載工況

3.1 自重

碼頭縱橫梁、面板等結構自重，由軟件根據結構尺寸及容重自動計算。

3.2 均布荷載

碼頭前沿線往后3～13.5 m范圍內：20 kPa；碼頭前沿線往后13.5～29 m范圍內：30 kPa；碼頭前沿線往后29～36.8 m范圍內：60 kPa。

3.3 撞擊力

橡膠護舷最大反力1 872 kN，受力排架為第三個和第五個。

3.4 系纜力

系纜力標準值為1 500 kN，系船纜夾角按照現行港口荷載規范取值。

3.5 波浪力

碼頭結構所受波浪力包含以下3部分：（1）波浪對樁基的作用；（2）波浪對碼頭正面橫梁、靠船構件的作用；（3）波浪對碼頭上部結構的浮托力。

3.6 卸船機

1 800 t/h卸船機，軌距26 m，基距18 m，4個支腿，每腿10輪。

工作狀態：海側軌最大輪壓480 kN/輪；陸側軌最大輪壓410 kN/輪。

非工作狀態：海側軌最大輪壓400 kN/輪；陸側軌最大輪壓840 kN/輪。

海側軌距碼頭前沿線3 m。

3.7 門機

40t-40m門機，軌距10.5 m，基距12 m，4個支腿，每腿8輪。

工作狀態：海側軌最大輪壓390 kN/輪；陸側軌最大輪壓260 kN/輪。

非工作狀態：海側軌最大輪壓380 kN/輪；陸側軌最大輪壓440 kN/輪。

海側軌距碼頭前沿線3 m。

3.8 荷載組合

（1）永久作用+均載+卸船機（工作狀態）+系纜力；（2）永久作用+均載+門機（工作狀態）+系纜力；（3）永久作用+均載+撞擊力；（4）永久作用+均載+卸船機（非工作狀態）+波浪力；（5）永久作用+均載+門機（非工作狀態）+波浪力；（6）永久作用+均載+波浪力。

4 計算結果分析

將上述荷載及組合工況輸入MIDAS Civil三維模型，對碼頭進行整體數值分析后得出計算結果如表1所示。與使用易工軟件進行平面計算的結果進行驗證，結果顯示樁力分配較為均勻合理，各構件內力均在承載力范圍內，滿足使用要求。

5 結語

綜上所述，采用MIDAS Civil三維有限元軟件對高樁梁板碼頭進行整體結構內力分析，具有精度高、計算結果顯示直觀生動、效率高等優點且得出的計算結果更為準確合理，可作為同類型實際工程設計的參考。

參考文獻

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