中山大学应用力学与工程系 广东广州 510270
摘要：根据工程实例，运用MIDAS/Civil有限元分析软件和上海易工工程结构集成软件，对高桩梁板式码头结构进行有限元分析计算并复核高桩码头的结构安全性。
关键词：高桩码头、结构安全、有限元
高桩码头是国内外港口工程中应用最为普遍的码头结构形式之一。高桩码头采用系列长桩打入地基形成桩基础，以承受上部结构传来的荷载，因此，安全可靠的下部桩基础是确保码头主体结构安全稳定的首要前提，在高桩码头工程设计时应特别重视对下部桩基础的验算分析。本文根据工程实例，运用MIDAS/Civil有限元分析软件和上海易工工程结构集成软件，对高桩梁板式码头结构进行验算分析，简要介绍高桩梁板式码头工程设计有限元分析应用。
一、工程概况
中山港某工程拟建设舾装码头一座，总长285m，布置5000吨级舾装泊位3个。
舾装码头长285m，宽15m。码头典型结构段长度为30.6m，排架间距7m，考虑工程处地质起伏变化较大，淤泥层较厚，码头采用灌注桩基础，码头每榀排架由3根灌注桩组成，其中前后轨道梁下各设一根Ф1200mm灌注桩，中间设一根Ф1000mm灌注桩。码头上部结构由现浇梁板组成，其中横梁高2m，纵梁高1.2m，面板厚0.4m。码头结构断面见下图：
图1 码头结构断面图
码头系缆设施选用550kN和650kN系船柱；防撞设施选用SA400H-1500L标准橡胶护舷，变形50%，吸能量69kJ，反力413kN。
二、设计条件
1、设计荷载
（1）均布荷载q=20kPa；
（2）25t门座起重机荷载，工作轮压：250kN/轮，8个轮子每组，轮距765mm，轨距10.5m，基距10.5m；
（3）流动机械荷载：8t叉车；
（4）船舶荷载：按靠泊5000吨级船设计。船舶系缆力650kN，船舶撞击力413kN。
2、自然条件
（1）设计水位（1985国家高程基面）
设计高水位（高潮累积频率10%）：1.824m
设计低水位（低潮累积频率90%）：-0.806m
极端高水位（50年一遇）：2.954m
极端低水位（50年一遇）：-1.426m
3、工程地质
岩土层划分，各岩土层现自上而下分述如下：
（1）素填土
场地分布广泛。呈褐黄色、褐灰色，由强风化碎岩块夹少量黏性土堆填，土质不均一，松散状，饱和。
（2－1）淤泥
全场分布广泛，各孔均揭露到，厚度较大。呈深灰色、灰黑色，流塑状，饱和，含有机质，具腥臭味，无摇振反应，稍有光泽，干强度及韧性中等，土质较均匀，局部呈淤泥质砂出现。
（2－2）粉质黏土
全场分布较广泛，厚度较大。呈灰黄色，局部灰白色，可塑状，很湿，土质较均匀，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，局部夹薄层粉砂，呈粉土或黏土出现。
（2－3）中砂
场地分布不广泛，厚度变化大，层位不稳定。呈褐黄色，灰白色，砂粒成份为石英，级配较好，以中密状为主，局部呈密实状或稍密状，饱和，底部含较多砾砂、卵砾石及黏性土。
（3）砂质黏性土
场地分布不广泛，厚度大。褐黄色，灰黄色，由黏粒及砂粒组成，土质较均一，硬塑状为主，局部可塑状。为中细粒花岗岩原地风化而成，原岩结构难辩，摇振无反应，稍有光泽，干强度中等，韧性低，风化不均，局部含少量强风化花岗岩碎岩块。
（4－1）全风化花岗岩
场地分布广泛，厚度大。呈褐黄色，灰黄色、灰白色等，大部分矿物风化呈土状，可见残余结构，手捻有砂感，岩芯呈土柱状，风化不均，局部含少量强风化花岗岩碎块，合金钻具易钻进。
（4－2）强风化花岗岩
场地分布广泛，各孔揭露到，厚度大。呈褐黄色，局部灰黄色，稍硬，长石多风化成土状为主，部分碎屑状，原岩结构较清晰，岩芯呈碎石土状，风化不均。为软岩，极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。
（4－3）中风化花岗岩
各孔均揭露到，未揭穿，揭露厚度较小。
4、地震
根据《中国地震动参数区划图》，本区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅲ类，建筑设计特征周期值为0.45s。
三、码头结构计算分析
（一）计算内容与方法
1、计算内容
（1）码头桩基承载力计算
（2）码头桩基及上部结构内力计算
2、计算方法
（1）码头桩基承载力计算
根据《港口工程桩基规范》（JTS 167-4-2012），按经验法计算桩基抗压承载力和抗拔承载力。
（2）码头桩基及上部结构内力计算
选用MIDAS/Civil有限元分析软件和上海易工工程技术服务有限公司编制的水运工程结构集成软件（高桩梁板式）进行码头排架结构内力计算。
（二）计算结果
1、MIDAS/Civil有限元分析软件计算结果。
（三）计算结果分析
通过对比两种计算软件的计算结果，发现两者计算结果比较接近，主要差别在于MIDAS/Civil有限元分析软件采用假想嵌固点法计算，其桩基弯矩结果相对偏大些，而易工结构软件采用m值法进行计算，其桩基弯矩结果相对较小，但差别不大，两个软件的计算结果都可作为码头结构设计分析的依据。
四、结论
本文运用MIDAS/Civil有限元软件和上海易工结构软件对码头桩基承载力和上部结构内力计算复核，并对这两个软件的计算结果进行了比较分析。计算结果表明各个构件的截面尺度设计较为合理，各构件都在承载能力要求范围之内，码头结构满足安全要求。
论文作者:苏计奖,刘祚秋
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第28期
论文发表时间:2018/12/27
标签：码头论文; 结构论文; 桩基论文; 软件论文; 荷载论文; 有限元论文; 局部论文; 《建筑学研究前沿》2018年第28期论文;