摘要：随着国家经济的发展和国际贸易的增加，港口得到了迅速的发展，一大批新型码头结构涌现出来，特别是三峡库区蓄水成功之后，大水位差架空直立式码头迎来了新一轮的技术难题。大尺度钢护筒与钢筋混凝土结构作为码头的主要结构，针对该结构的研究正在不断的开展中。国内外钢护筒与钢筋混凝土以及钢管混凝土的各种研究中，对钢护筒与钢筋混凝土以及钢管混凝土的受力特性、荷载传递等做出了详细的计算证明。最后通过对钢护筒与钢筋混凝土文献的了解，提出新型抗疲劳靠船设施。该结构可以减少甚至消除作用于码头结构中的横向荷载，增加码头稳定性。
关键词：架空直立式码头；大尺度钢护筒与钢筋混凝土；新型抗疲劳靠船设施
1、 高桩码头在我国的使用十分广泛，是重要的码头结构形式之一。
1随着经济的发展、船舶不断大型化以及港口深水化的发展，在大水位差地区高桩码头得到不断的延伸发展。相关专家对西部山区河流码头型式与水位差的关系进行调查统计后得到：根据水位差的大小，当设计高低水位差在10～20m时，直立式码头所占比例最高，处于主导地位；当设计高低水位差在20～30m时，斜坡式码头所占比例最高，处于主导地位；当设计高低水位差为30m以上时，斜坡式码头占绝大多数。例如在重庆寸滩集装箱码头建成前，斜坡式码头处于主导地位。由于传统内河斜坡码头装卸环节多、通过能力低等问题突出，货物吞吐量比较少，因此进行内河大水深、高变幅水位的架空直立式码头的合理结构型式的研究[1]，具有重要的应用技术价值。
特别是在三峡库区蓄水之后，大水位差架空直立式码头建设迎来了新一轮的技术难题。针对三峡库区复杂的水文地质条件，对新型大水位差架空直立式码头的研究不断涌现出来[2]。从三峡库区回水变动区特殊的地形地质以及水文条件出发，通过对高桩码头结构形式的特点、施工方法以及合理施工水位确定等要素的确定研究，对大水位架空直立式码头进行了优化设计，提出了适应于三峡库区变动回水区的大桩径、大跨度架空直立式码头结构形式[3]，并在实际中得到了广泛的应用；基于三峡库区复杂的环境，考虑结构、经济等要素，提出了“空间三角形框架墩+水平剪力撑”新型大跨度内河架空直立式码头结构[3]，这种结构与传统的架空直立式码头结构相对比，受力合理，水下工程量也相应的减少，经济性好。伴随着一系列对大水位差架空直立式码头的研究，适应三峡库区复杂水文条件的大尺度钢护筒、板桩、纵横撑和钢筋混凝土组合的新型大水位差架空直立式码头结构得到了应用，这种结构承受船舶的重载撞击力更加显著，使得大尺度钢护筒对核心混凝土的约束效应受几何尺度、结构断面刚度的影响更加显著，能量的损耗与传统的码头结构差别很大，该结构能够很好的传递荷载，增加码头的稳定性。
大尺度钢护筒钢筋混凝土与传统混凝土受力特点等有一定的区别，钢护筒的直径很大，内部混凝土有竖向的钢筋网，导致核心混凝土与传统混凝土受力模式有一定的不同，能量的耗散模式与传统混凝土有很大的不同。目前，国内外对大尺度钢护筒钢筋混凝土和钢联系撑的组合结构的研究比较少[4]，大尺度钢护筒钢筋混凝土与钢管混凝土存在一定的相似度，关于钢结构与混凝土的组合结构研究主要集中在有限元分析、刚度等方面的研究[5]。
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然而大尺度钢护筒钢筋混凝土与钢管混凝土存在一定的差别，内河大水位差码头桩径比较大，并且桩施工水位一下的自由长度比较大，钢护筒入土的深度与护筒内混凝土入土深度不同，这样的结构形式并不能保证钢护筒与混凝土协同工作；同时，结构外部的纵横撑只是单一的与钢护筒连接在一起，并没有与内部混凝土相连接，由于水位差变化比较大，船舶横向荷载的作用范围比较广，容易造成码头结构在横向荷载作用下产生局部的破坏，对大尺度钢护筒钢筋混凝土力学特性的研究还比较少。目前，在海港以及水位差变化不大的地方，多使用钢管混凝土，船舶横向荷载作用范围比较少，荷载位置基本上固定，钢管混凝土可以适应这种荷载的变化。
针对钢管混凝土的研究，特别是在钢管和混凝土两种材料力学特性上进行了大量的研究[6]，在两种材料的力学特性、横向承载力等方面取得了丰硕的成果。
车媛等[7]进行了12个圆CFRP-钢管混凝土压弯构件的滞回性能试验研究。结果表明，构件的滞回性能也有了很好的改善。
Frangin[8]等人将有限元和离散元结合对预应力混凝土结构的冲击响应进行分析。
通过对各种研究的学习，对钢护筒钢筋混凝土与钢管混凝土的力学特性、两种材料协同合作特性有了新的认识，试验得到的结果，都是基于钢护筒混凝土本身出发，对材料、结构形式等要素进行分析，研究能量的损耗，能够使桩基能够更好的适应横向荷载的作用。但是，这种研究方法并不能很好的消除横向荷载，只是改变了横向荷载的传递规律，如果从横向荷载的产生原因出发，从源头出发，消除或减少横向荷载，对整个码头的结构稳定性有很大的帮助。
2 在现代码头结构型式中，靠船设施主要是靠船桩、橡胶护舷等设备构成，靠船设施的主要作用是承受船舶的横向水平荷载，并将横向荷载传递到后排横向排架中。由于船舶撞击或者靠泊产生的横向荷载是很大的，即使通过靠船设施消耗掉一部分荷载，传递到后方横向排架的荷载也是巨大的，传递到横向排架的横向荷载主要是依靠钢护筒钢筋混凝土以及纵横联系撑来抵抗，现在针对该问题，提出一种新型码头防撞结构，该结构能够很大程度的抵消船舶撞击力，增加结构的稳定性。
3、新型码头防撞结构，通过改进靠船桩与靠船设施的关系，增加液压传动装置，将船舶撞击等产生的横向荷载传递到码头后方，从而减少了作用在横向排架中的横向荷载。
结语：传统的结构型式从钢护筒钢筋混凝土结构本身出发，对各种结构要素进行研究分析，从而提高结构的可靠度。通过对新型码头防撞结构的探讨，转换思路，从产生荷载的源头出发，从源头上消除荷载，不必考虑横向荷载的作用，对于钢护筒钢筋混凝土来说，不考虑横向荷载的影响，单一的分析竖向荷载的作用，对研究桩基的各种特性有很大的帮助，能够很好的简化结构，对结构的优化设计有很大的帮助。
参考文献(References)：
[1]戴俊,吴林键,呙城新,彭华君,舒丹. 内河架空直立式码头发展历程及发展趋势展望[J]. 重庆交通大学学报(自然科学版),2014,33(02):72-75+85.
[2]王多垠,宋成涛,温焰清,黄然.三峡库区变动回水区架空直立式码头结构形式研究[J].水运工程,2011,(03):54-58.
[3]戴俊,王多银,左旋峰,何涛. 三峡库区一种新型架空直立式码头结构设计[J]. 人民长江,2014,45(07):44-47.
[4]谭伦,王多垠,温焰清. 大水位差架空直立式码头连续排架结构的水流作用研究[J]. 港工技术,2011,48(06):32-34.
[5]陈经纬. 上部大跨钢结构与下部混凝土结构协同工作研究[D].清华大学,2015.
[6]王多垠,兰超,何光春,汪承志. 内河港口大直径嵌岩灌注桩横向承载性能室内模型试验研究[J]. 岩土工程学报,2007,(09):1307-1313.
[7]车媛,王庆利,邵永波,侯婷婷. 圆CFRP-钢管混凝土压弯构件滞回性能试验研究[J]. 土木工程学报,2011,44(07):46-54.
[8]Frangin E.,Marin P.,Daudeville L.On the use of combined finite/discrete element method For impacted concrete structures. Journal of Physics IV.2006, 134:461-466.
论文作者:李金强
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/5/20
标签：荷载论文; 码头论文; 结构论文; 横向论文; 水位论文; 混凝土论文; 钢筋混凝土论文; 《防护工程》2019年第1期论文;