大水位差架空直立式框架結構型式碼頭在淮河某碼頭上的應用

沈浩

摘 要：以淮河某大水位差架空直立式框架結構碼頭為研究對象，本文認為大水位差架空直立式框架結構型式碼頭具有結構高度大、整體剛度大、受力合理、能夠適應不同水位條件下船舶系泊的需要等優點，適合在水位變幅較大的河流推廣運用;并認為該類型碼頭結構具有典型的空間特征，應按空間結構進行計算，遂采用有限元方法，將其離散成整體的空間剛架及板殼模型進行空間受力分析。

關鍵詞：大水位差;直立式框架結構;整體剛度;有限元方法

中圖分類號：U656.1+1? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）01-0095-04

1工程概述

該工程位于河南省淮濱縣，淮河主航道左岸，碼頭作業平臺位于淮河大堤外側，港區后方陸域位于淮河大堤內側，該工程共建設12個500噸級泊位，其中8個散貨泊位，4個多用途泊位，碼頭水工結構均按靠泊1000噸級船舶設計，由于該工程處設計高低水位相差近13m，形成了大水位差，碼頭結構采用了架空直立式框架結構，為了適應不同水位條件下船舶系靠泊裝卸，設置了上、中、下三層系纜。

2主要設計條件

2.1水文條件

本工程碼頭位于淮河主航道左岸，該段航道所屬淮河河南省淮濱段，該段航道位于平原地帶，水位呈現陡漲陡落，每年6～9月份進入汛期，水位隨降雨量變化而變化，變化幅度可達13m左右，其它時間為枯水期，枯水期歷時較長。

本工程碼頭依托淮河主航道所屬淮河河南省淮濱段，該段航道規劃為Ⅳ級，目前該段航道已達到規劃Ⅳ級航道標準，可通航500噸級船舶。工程河段處于淮濱水文站和王家壩水文站之間，上游淮濱水文站和下游王家壩水文站特征水位見表1。

工程河段距離上游淮濱水文站約3.3km，距離下游王家壩水文站約16.9km，采用均勻比降插入法求得本工程河段設計最低通航水位為19.09m，設計最高通航水位為31.99m，多年平均水位 21.25m。

根據《河港工程總體設計規范》（JTJ212-2006）確定本碼頭工程設計水位值如下：

設計高水位（同航道設計最高通航水位）：31.99m（10年一遇）;

設計低水位（同航道設計最低通航水位）：19.09m（多年歷時保證率95%）;

多年平均水位：21.25m;

該工程碼頭設計高低水位相差12.9m，形成了大水位差。

2.2地質條件

根據該處碼頭工程地質勘探，依據土體的地質時代、成因、巖性、分布規律和物理力學性質，將場地勘探深度內的土體劃分為5個工程地質層，各工程地質層如下：1-1粉質黏土、1-2粉土、1-3粉質黏土、2-1粉細砂、2-2中砂、2-3粗礫砂、3-1粉質黏土、3-2粉土、4粉質黏土、5粉土。

2.3荷載條件

2.3.1碼頭面荷載

（1）散貨及多用途泊位：碼頭作業面荷載20kPa，靠近軌道中心線左右1.5m范圍內無堆貨荷載。

（2）人群荷載：3kPa。

2.3.2裝卸機械荷載

（1）散貨泊位。固定式裝船機：底座中心距碼頭前沿3.5m，基礎正壓力為767kN，水平力為50kN，傾覆力矩為3750kN·m;固定式起重機：底座中心距碼頭前沿3.5m，基礎正壓力為767kN，水平力為50kN，傾覆力矩為3750kN·m。

（2）多用途泊位。16t門機：軌距10.5m，基距10.5m，最大輪壓250kN，輪數24個，輪距0.765m;集裝箱裝卸橋：軌距10.5m，基距17.4m，最大輪壓250kN，輪數24個，輪距0.765m。

2.3.3流動機械荷載

（1）散貨裝卸：30t汽車。

（2）件雜貨裝卸：Q40牽引車+40t平板車。

（3）集裝箱裝卸：集裝箱拖掛車。

3碼頭結構方案

由于該工程處設計高低水位相差近13m，水位變幅范圍較大，從而導致該碼頭的結構高度大，為了滿足各種裝卸設備荷載、船舶荷載及水流荷載等荷載作用下結構的強度和變形要求，碼頭結構需具有足夠的整體剛度，需將各空間層次和方向的相關構件連接起來，共同承擔各種外部荷載的作用。

大水位差架空直立式框架結構型式碼頭由于其結構的整體高度大且受施工條件的限制，國內一般采用整體現澆的框架結構，碼頭上部結構一般由現澆橫梁、縱向梁系及面板等組成，通過立柱、縱橫向聯系梁及撐桿將碼頭上部所受各種荷載傳遞至碼頭樁基部分。

大水位差架空直立式框架結構型式碼頭通常在碼頭前沿豎向連續布置橡膠護舷，以滿足船舶靠泊的要求，同時根據水位及設計船型特點，在碼頭面下每間隔3～5m分級設置系靠船平臺及設施，通過設置爬梯上下各系靠船平臺及碼頭面。

3.1散貨泊位碼頭

3.1.1碼頭結構方案

該散貨泊位碼頭平臺寬15m。碼頭結構型式采用架空直立式框架結構，排架間距7m。每榀排架設4根φ1000mm的鉆孔灌注樁;灌注樁間通過現澆縱向、橫向連系梁連接以增強碼頭結構的整體剛度。灌注樁上現澆樁帽，樁帽上現澆立柱，立柱上現澆倒T形橫梁，橫梁上現澆縱梁，梁上現澆面板，最后現澆碼頭面層和磨耗層。由于設計高水位與設計低水位相差12.9m，為了適應不同水位條件下船舶系靠泊裝卸，碼頭結構設置了上、中、下三層系纜，碼頭面層與中間系靠船平臺高差5m，中間系靠船平臺與下層系靠船平臺高差4.7m，通過設置爬梯上下各系靠船平臺及碼頭面。碼頭平臺前方及系靠船平臺上設有150kN系船柱，碼頭排架前沿豎向布置SA300H×2000L型橡膠護舷。碼頭典型斷面如圖1和圖2所示。

散貨泊位固定吊與裝船機基礎均采用與后方橫梁現澆成為一體的墩式基礎。

3.1.2碼頭結構計算

大水位差架空直立式框架結構型式碼頭的結構計算與傳統的高樁梁板式碼頭相比較，其受力更具復雜性，通常具有典型的空間特征，應按空間結構進行計算。根據碼頭結構型式及受力特點，一般采用有限元方法，將其離散成整體的空間剛架及板殼模型進行空間受力分析。

對于架空直立式框架結構型式碼頭，根據其結構受力特點，通常將基樁和縱橫梁、立柱、撐桿等長細比較大的構件離散成三維梁單元，碼頭面板離散成殼單元，各構件之間均按照整體剛性連接考慮，采用假想嵌固點

法簡化處理樁底的約束。

根據可能出現的各種荷載工況分別進行有限元計算，并對計算結果進行分析和組合，得到碼頭各主要構件的控制內力的最不利作用效應組合情況。

根據以上碼頭結構計算原則，對該散貨泊位碼頭平臺進行建模計算，該散貨泊位碼頭平臺主要構件內力計算詳見表2。

3.2多用途泊位碼頭

3.2.1碼頭結構方案

該多用途泊位碼頭平臺寬20m。碼頭結構型式采用直立式框架結構，排架間距7m。每榀排架下設5根φ1000mm的鉆孔灌注樁。灌注樁間通過現澆縱向、橫向連系梁連接以增強碼頭結構的整體剛度。灌注樁上現澆樁帽，樁帽上現澆立柱，立柱上現澆倒T形橫梁，橫梁上現澆縱梁，梁上現澆面板，最后現澆碼頭面層和磨耗層。由于設計高水位與設計低水位相差12.9m，為了適應不同水位條件下船舶系靠泊裝卸，碼頭結構設置了上、中、下三層系纜，碼頭面層與中間系靠船平臺高差5m，中間系靠船平臺與下層系靠船平臺高差4.7m，通過設置爬梯上下各系靠船平臺及碼頭面。碼頭平臺前方及系靠船平臺上設有150kN系船柱，碼頭排架前沿豎向布置SA300H×2000L型橡膠護舷。碼頭典型斷面如圖3所示。

3.2.2碼頭結構計算

通過對多用途泊位碼頭平臺進行建模計算，多用途泊位碼頭平臺主要構件內力計算詳見表3。

4結語

大水位差架空直立式框架結構型式碼頭具有結構高度大、整體剛度大、受力合理、能夠適應不同水位條件下船舶系泊的需要等優點，適合在水位變幅較大的河流推廣運用。

大水位差架空直立式框架結構型式碼頭的結構計算與傳統的高樁梁板式碼頭相比較，其受力更具復雜性，通常具有典型的空間特征，應按空間結構進行計算。根據碼頭結構型式及受力特點，一般采用有限元方法，將其離散成整體的空間剛架及板殼模型進行空間受力分析。

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