王鑫

摘要：通過(guò)某碼頭的結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了碼頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并采用規(guī)范的方法對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行了檢驗(yàn)。同時(shí)，采用ANSYS有限元分析軟件建立碼頭模型，檢查碼頭的穩(wěn)定性和安全性以及各部件的響應(yīng)分析，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化建議。

關(guān)鍵詞：沉箱碼頭；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；有限元法；響應(yīng)分析

1 工程簡(jiǎn)介

該港區(qū)具有明顯的地理優(yōu)勢(shì)。它不僅位于渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)與東北經(jīng)濟(jì)區(qū)的交界處，而且是東北三省離內(nèi)蒙古腹地最近的河口。低運(yùn)輸成本的優(yōu)勢(shì)使其具有更大的發(fā)展空間。

港口年平均氣溫10°C，水流流速每秒約1m，一般水流方向與船舶縱軸幾乎平行；有防波堤防護(hù)。設(shè)計(jì)高水位4.25m，設(shè)計(jì)低水位0.19m，極端高水位5.32m，極端低水位-0.502m。

2 碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 碼頭高程確定

根據(jù)水位資料，確定碼頭高程設(shè)計(jì)參數(shù)，碼頭前沿設(shè)計(jì)水深8.0m，碼頭前沿頂高程5.75m，碼頭前沿底高程-7.81m。

2.2 碼頭結(jié)構(gòu)的確定

沉箱長(zhǎng)14m，沉箱高10m，胸壁高3.56m，沉箱寬7m，包括前束和后束各1m懸臂。沉箱的縱橫隔墻應(yīng)對(duì)稱布置。沉箱各部分的具體尺寸如圖1和圖2所示：

2.3 碼頭結(jié)構(gòu)計(jì)算

碼頭各水位下作用分布見(jiàn)圖3和圖4。

3 有限元模型的建立

沉箱采用Shell181單元，箱壁采用Solid65。將沉箱和胸壁視為線性彈性材料。這張床是一個(gè)45單位的純色床。床下基礎(chǔ)為粉質(zhì)粘土，采用D-P彈塑性模型。如圖5所示。

作用在碼頭模型上的力是結(jié)構(gòu)自重，在該設(shè)計(jì)中，僅考慮兩種組合，一種是在高水位下系泊力的非主導(dǎo)變量作用的效果組合，另一種是在低水位下非主導(dǎo)變量作用的效果組合。根據(jù)每種組合中載荷的大小，位置和方向，將其應(yīng)用于結(jié)構(gòu)模型。

4 結(jié)論

4.1碼頭穩(wěn)定性方面

4.1.1抗傾抗滑穩(wěn)定性分析

基床表面和沉箱底部之間的摩擦系數(shù)是0.6。碼頭的抗滑分析顯示最大摩擦力大于水平應(yīng)力之和，表明碼頭結(jié)構(gòu)不會(huì)向海洋移動(dòng)，從而滿足防滑要求。

4.1.2 碼頭位移方面

碼頭結(jié)構(gòu)自上而下位移逐漸減小，胸壁水平位移最大，為1.75cm，前趾位移最小，為0.66mm，說(shuō)明整個(gè)碼頭有前傾的趨勢(shì)，與規(guī)范方法的結(jié)果一致。對(duì)比兩幅圖，設(shè)計(jì)在低水位時(shí)的水平位移變化比設(shè)計(jì)高水位時(shí)的水平位移變化更為顯著，說(shuō)明碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高水位時(shí)比設(shè)計(jì)低水位更為穩(wěn)定。

4.1.3 基床及地基承載力分析

（1）基床承載力，基床底面最大應(yīng)力滿足承載力要求。

（2）地基承載力，最大應(yīng)力滿足承載力要求。

4.2 碼頭各部件的響應(yīng)

仔細(xì)觀察碼頭的組成部分包括胸墻、沉箱側(cè)板、隔墻和從上到下的底板。會(huì)發(fā)現(xiàn)碼頭的各部件響應(yīng)是有所不同。

4.2.1 橫縱隔板受力的不同

在實(shí)踐中，我們可以通過(guò)計(jì)算縱隔壁的加固來(lái)避免由前后倉(cāng)庫(kù)的不同儲(chǔ)存壓力造成的縱隔壁損傷，而橫壁可以平衡前后倉(cāng)庫(kù)的儲(chǔ)存壓力，所以在滿足施工加固時(shí)，盡可能減少不必要的加固。

4.2.2 側(cè)板受力分析

由于筒倉(cāng)壓力的影響，側(cè)板上有明顯的應(yīng)力變化，離倉(cāng)中心越近，應(yīng)力越大。最大應(yīng)力不超過(guò)混凝土材料規(guī)定的抗拉強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：黑龍江省航務(wù)勘察設(shè)計(jì)院）