王志瑜，張 峰

（1.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222；2.威海市雙島灣開發(fā)投資有限公司，山東 威海 264200）

引 言

重力式方塊碼頭，由于其混凝土結(jié)構(gòu)自重較大，加之后方回填材料、使用荷載對(duì)方塊主體產(chǎn)生的土壓力和波吸力的作用，使墻底應(yīng)力分布不均勻，導(dǎo)致海側(cè)應(yīng)力增大，陸側(cè)應(yīng)力減小，甚至出現(xiàn)應(yīng)力為零的點(diǎn)，為了使應(yīng)力分布更為合理，卸荷板的作用顯得尤為突出。

本文結(jié)合葫蘆島港綏中港區(qū)某通用泊位工程研究卸荷板懸臂高程和長(zhǎng)度在正常使用狀況和地震狀況對(duì)基床應(yīng)力的影響規(guī)律。

圖1 碼頭結(jié)構(gòu)斷面

1 工程概況

葫蘆島港綏中港區(qū)某通用泊位工程為兩個(gè) 5萬(wàn)t級(jí)通用散貨泊位，碼頭結(jié)構(gòu)按照10萬(wàn)t設(shè)計(jì)。碼頭前沿底高程-16.2 m（以當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵嫠闫?，下同），碼頭頂面高程4.0 m，碼頭主體結(jié)構(gòu)高20.2 m，基床厚度3.5 m（即底高程-19.7 m），碼頭區(qū)域-19.7 m高程以下為圓礫和卵石，是重力式方塊碼頭的良好持力層。該碼頭標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)段長(zhǎng)21.74 m，主體結(jié)構(gòu)由4層混凝土方塊、卸荷板和現(xiàn)澆胸墻組成。碼頭結(jié)構(gòu)斷面如圖1所示。

2 計(jì)算分析

2.1 計(jì)算方法及變量選取

基床應(yīng)力采用重力式理正軟件對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。鑒于當(dāng)?shù)氐乃粭l件（保證胸墻底面在施工水位以上）以及以往類似工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)分別選取卸荷板外伸長(zhǎng)度L=2.0 m、2.5 m、2.9 m（卸荷板長(zhǎng)度不宜太長(zhǎng)，超過(guò)3.0 m卸荷板配筋很難算夠，小于 1 m 卸荷功能不明顯），卸荷板底高程H=-1.0 m、-1.2 m、-1.5 m、-1.7 m、-2.0 m的情況進(jìn)行計(jì)算。

2.2 結(jié)果與分析

通過(guò)計(jì)算得到了持久組合狀況下基床應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果，如圖2（a）～（h）所示。

圖2 持久組合狀況下基床應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

圖2中（a）、（b）、（c）分別為卸荷板懸臂長(zhǎng)度不變，通過(guò)改變卸荷板底高程得到碼頭前趾應(yīng)力的變化規(guī)律，從圖中可以看出當(dāng)卸荷板懸臂長(zhǎng)度不變，改變卸荷板底高程對(duì)碼頭前趾應(yīng)力影響很小，前趾應(yīng)力變化基本上是隨著卸荷板底高程的降低而減少，這是降低卸荷板底高程導(dǎo)致碼頭重心后移帶來(lái)的變化。但是圖（a）中當(dāng)卸荷板底高程降低至-2.0 m時(shí)碼頭前趾應(yīng)力突然由變小的趨勢(shì)變?yōu)樵龃?，這是由于降低卸荷板高程雖然將碼頭重心后移，但同時(shí)也增加了整個(gè)碼頭結(jié)構(gòu)的自重，且由于自重增加的前趾應(yīng)力大于重心后移降低的前趾應(yīng)力。總體來(lái)說(shuō)對(duì)于持久狀況，通過(guò)改變卸荷板高程來(lái)降低基床應(yīng)力的效果不明顯。

圖2 中（d）、（e）、（f）、（g）、（h）分別為卸荷板底高程不變，通過(guò)改變卸荷板懸臂長(zhǎng)度得到的碼頭前趾應(yīng)力變化規(guī)律，從圖中可以看出當(dāng)卸荷板底高程不變時(shí)，碼頭前趾應(yīng)力隨著卸荷板懸臂長(zhǎng)度的增大而減少，且變化趨勢(shì)明顯。

地震組合得到結(jié)果如圖3所示。

圖3 地震組合結(jié)果

圖3中（a）、（b）、（c）分別為卸荷板懸臂長(zhǎng)度不變，通過(guò)改變卸荷板底高程得到碼頭前趾應(yīng)力的變化規(guī)律，從圖中可以看出當(dāng)卸荷板懸臂長(zhǎng)度不變，前趾應(yīng)力變化基本上是隨著卸荷板底高程的降低而增大，這是隨著卸荷板底高程降低導(dǎo)致碼頭主體結(jié)構(gòu)自重增大，豎向地震慣性力增大造成的，圖中可以看出卸荷板長(zhǎng)度為2.5 m和2.0 m時(shí)，前趾應(yīng)力雖然隨著卸荷板底高程的降低而增大，但是變化幅度有限，但是當(dāng)卸荷板懸臂長(zhǎng)度為2.9 m時(shí)，前趾應(yīng)力變化明顯，這同樣是卸荷板加長(zhǎng)導(dǎo)致碼頭主體結(jié)構(gòu)自重增大造成的。所以當(dāng)?shù)卣鸺铀俣葹?.1g，只有在卸荷板懸臂長(zhǎng)度較大情況下通過(guò)調(diào)節(jié)卸荷板底高程對(duì)應(yīng)力影響較大。

圖3 中（d）、（e）、（f）、（g）、（h）分別為卸荷板底高程不變，通過(guò)改變卸荷板懸臂長(zhǎng)度得到的碼頭前趾應(yīng)力變化規(guī)律，從圖中可以看出當(dāng)卸荷板底高程不變時(shí)，碼頭前趾應(yīng)力隨著卸荷板懸臂長(zhǎng)度的增大而減少，且除了（h）之外均降低明顯，說(shuō)明在卸荷板底高程過(guò)低時(shí)，通過(guò)加長(zhǎng)卸荷板的長(zhǎng)度對(duì)碼頭前趾應(yīng)力影響有限。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果我們可以看到，不論在地震組合還是持久組合卸荷板的懸臂長(zhǎng)度對(duì)本工程的基床應(yīng)力的影響遠(yuǎn)大于卸荷板底高程的影響，合理的選擇卸荷板長(zhǎng)度成為本工程碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果并結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓こ虒?shí)際本工程選擇的卸荷板懸臂長(zhǎng)度為2.9 m，底高程-1.5 m。

3 拓展研究

圖4 基床應(yīng)力影響規(guī)律計(jì)算結(jié)果

由于綏中地區(qū)地震烈度為7度，地震加速度為0.1g，根據(jù)以往的成果，0.1g的地震加速對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)影響很小，故這里不做計(jì)算，但是當(dāng)?shù)卣鸺铀俣葹?.2g時(shí)地震對(duì)碼頭的影響就非常顯著了，由于方塊碼頭的整體性較差，當(dāng)?shù)卣鸺铀俣却笥?.2g時(shí)就不適合采用重力式方塊結(jié)構(gòu)了，所以這里僅對(duì)地震加速度為0.2g的情況進(jìn)行拓展研究。計(jì)算還是采用以上的工況，分別研究卸荷板懸臂長(zhǎng)度和底高程對(duì)基床應(yīng)力的影響規(guī)律，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

圖4（a）、（b）、（c）分別為卸荷板懸臂長(zhǎng)度不變，通過(guò)改變卸荷板底高程得到碼頭前趾應(yīng)力的變化規(guī)律，從圖中可以看出當(dāng)卸荷板懸臂長(zhǎng)度不變，前趾應(yīng)力變化基本上是隨著卸荷板底高程的降低而增大，正好與持久狀況相反，這是由于降低卸荷板底高程增加了上部結(jié)構(gòu)自重導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)頭重腳輕，結(jié)構(gòu)上部地震慣性力大增，使得傾覆力矩增大的緣故，且當(dāng)懸臂長(zhǎng)度較大時(shí)，這種變化趨勢(shì)尤為明顯，通過(guò)對(duì)比（a）和（c）看出，當(dāng)懸臂長(zhǎng)度為2.0 m時(shí)雖然隨著懸臂底高程的降低而變大但是變化幅度很小，當(dāng)懸臂長(zhǎng)度為2.9 m時(shí)，在卸荷板底高程由-1.5 m調(diào)整到-1.7 m時(shí)幾乎發(fā)生了突變，這是傾覆力矩變大導(dǎo)致基頂應(yīng)力重分布造成的結(jié)果。所以對(duì)已地震狀況，卸荷板底高程的選取非常重要，應(yīng)該盡量選擇一個(gè)偏高的高程以減小上部結(jié)構(gòu)的自重，達(dá)到減小地震慣性力的目的。

圖4（d）、（e）、（f）、（g）、（h）分別為卸荷板底高程不變，通過(guò)改變卸荷板懸臂長(zhǎng)度得到的碼頭前趾應(yīng)力變化規(guī)律，從圖中可以看出當(dāng)卸荷板底高程不變，改變卸荷板懸臂長(zhǎng)度時(shí)得到的圖形除圖（f）之外基本都是V字型，說(shuō)明這四種情況卸荷板最優(yōu)的懸臂長(zhǎng)度均在2～2.9 m之間；對(duì)于底高程為-1.5 m的情況，最優(yōu)懸臂長(zhǎng)度應(yīng)該大于 2.9 m，但是方塊碼頭的卸荷板一般不宜做到3 m以上。當(dāng)?shù)卣鸺铀俣葹?.2g時(shí)卸荷板長(zhǎng)度應(yīng)在2.0～2.9 m之間選取，卸荷板底高程盡量抬高。

4 結(jié) 語(yǔ)

1）對(duì)于持久狀況卸荷板底高程的選取對(duì)基床應(yīng)力影響很小，而卸荷板懸臂長(zhǎng)度是控制因素，可以通過(guò)增加卸荷板懸臂長(zhǎng)度來(lái)降低基床應(yīng)力。

2）當(dāng)?shù)卣鹩?jì)算加速度為0.1g時(shí)，卸荷板底高程的選取不能過(guò)低，然后卸荷板懸臂長(zhǎng)度來(lái)降低基床應(yīng)力。

3）對(duì)于地震計(jì)算加速度為0.2g的地區(qū)，卸荷板底高程應(yīng)盡量選擇的高一些，以減少卸荷板上擔(dān)土的重量，同時(shí)卸荷板懸臂長(zhǎng)度盡量控制在2.5 m左右，以減少碼頭主體結(jié)構(gòu)的重量。

卸荷板底高程和懸臂長(zhǎng)度對(duì)重力式方塊碼頭基床應(yīng)力有著極為重要的影響，但不是影響基床應(yīng)力的惟一因素，底層方塊寬度對(duì)基應(yīng)力的影響也極為明顯，本文是在底層方塊寬度一定的前提下研究的卸荷板底高程和懸臂長(zhǎng)度對(duì)重力式方塊碼頭基床應(yīng)力影響，但在實(shí)際工程中還應(yīng)綜合考慮方塊寬度對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)的影響。