大水位差架空直立式碼頭平面框架結(jié)構(gòu)水平承載力分析

大水位差架空直立式碼頭是出現(xiàn)在長江上游內(nèi)河地區(qū)的一種新型碼頭結(jié)構(gòu)型式。對該種碼頭的結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)型式及其適應(yīng)性進(jìn)行歸納,并對碼頭的樁基、上部結(jié)構(gòu)及接岸結(jié)構(gòu)等的設(shè)計和計算要點進(jìn)行點評。

以重慶港寸灘碼頭三期工程的為依托,基于大渦模擬理論,應(yīng)用有限元軟件fluent模擬高雷諾數(shù)條件下的三維流場,得出超臨界狀態(tài)下串聯(lián)樁上的水流速度和壓強(qiáng),探討碼頭結(jié)構(gòu)各排架樁上的阻力系數(shù)、水流壓強(qiáng)衰減、消能等相關(guān)規(guī)律,為三峽庫區(qū)大水位差架空直立式碼頭在結(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮水流力的影響提供參考。

根據(jù)規(guī)范方法并結(jié)合工程實際和內(nèi)河大水位差碼頭關(guān)鍵技術(shù)問題,依托大量的數(shù)值計算,對內(nèi)河大水位差架空直立式碼頭在各種荷載組合下的災(zāi)害進(jìn)行了預(yù)測。利用arcview將預(yù)測結(jié)果與地理信息系統(tǒng)有效地結(jié)合起來,建立了內(nèi)河大水位差架空直立式碼頭災(zāi)害預(yù)測與管理系統(tǒng),實現(xiàn)了港口安全評估的動態(tài)化管理。通過對系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)的評估,可以有效提高碼頭的裝卸效率,實時評估碼頭的安全性能。

本文針對目前碼頭平面設(shè)計方法的不足,采用有限元方法,對重慶市某內(nèi)河架空直立式框架碼頭進(jìn)行模擬,分析探討了不同工況下碼頭的變形和各主要構(gòu)件的力學(xué)性能。研究表明:此結(jié)構(gòu)整體性很好,但工程設(shè)計偏于保守,可適當(dāng)加大樁徑、樁間距及排架間距,以減少工程投資,同時可以減小結(jié)構(gòu)對水流的影響,為碼頭結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)化設(shè)計提供了參考依據(jù)。

采用響應(yīng)面數(shù)值模擬技術(shù)在設(shè)計驗算點處擬合了代替真實極限狀態(tài)曲面的響應(yīng)面函數(shù),并在此基礎(chǔ)上運用一次二階矩法編寫matlab程序?qū)芸罩绷⑹酱a頭樁基進(jìn)行了可靠度分析求解。驗證了基于響應(yīng)面對大型結(jié)構(gòu)可靠度求解的可行性。

以在建的重慶市兩江新區(qū)果園樞紐港二期工程為例,采用有限元法對內(nèi)河大水位差架空直立式框架碼頭單排架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了受力分析。探討了不同荷載組合下的最不利受力構(gòu)件。按照恒載參與每種作用效應(yīng)組合,活載按結(jié)構(gòu)實際可能出現(xiàn)的受力情況進(jìn)行組合分析的思路,對結(jié)構(gòu)自重、面板自重、堆貨荷載、岸吊荷載和船舶撞擊力等荷載進(jìn)行組合,共設(shè)計了32種荷載組合。采用有限元法計算分析每種組合下的排架結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的內(nèi)力,在32種荷載組合結(jié)果中搜索各構(gòu)件的最大(小)內(nèi)力值,從而確定在32種荷載組合下的最不利受力構(gòu)件,并得到了控制結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力的21種最不利荷載組合。

通過對以往發(fā)生的高樁碼頭震害的類型及特點的分析,并結(jié)合接岸結(jié)構(gòu)的常見病害及其對碼頭的不利影響,針對內(nèi)河架空直立式碼頭接岸結(jié)構(gòu)的選擇進(jìn)行探討,提出一種比較合理的高樁碼頭接岸結(jié)構(gòu),以提高了高樁碼頭的抗震能力和適用能力,減少營運期間的維護(hù)費用.

文中詳細(xì)闡述了結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論的研究現(xiàn)狀,分析了內(nèi)河架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究與設(shè)計中存在的不足,并提出了今后的研究重點和發(fā)展方向,即內(nèi)河架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性優(yōu)化、全局多目標(biāo)優(yōu)化和一種適合內(nèi)河架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化的優(yōu)良算法——遺傳算法的研究。

以三峽庫區(qū)架空直立式碼頭大直徑鋼護(hù)筒嵌巖樁為切入點,主要針對受鋼護(hù)筒影響下架空直立式碼頭嵌巖樁的受力性狀作一綜述.在闡明何為鋼護(hù)筒嵌巖樁的基礎(chǔ)上綜述了鋼護(hù)筒及鋼護(hù)筒嵌巖樁的受力性狀和嵌巖樁-土-巖的受力性狀的研究現(xiàn)狀,并從鋼管混凝土樁(柱)與鋼護(hù)筒嵌巖樁受力性狀的區(qū)別、鋼護(hù)筒與樁芯鋼筋混凝土的聯(lián)合受力和考慮重復(fù)荷載作用下鋼護(hù)筒效應(yīng)對嵌巖樁承載性能的影響3個方面探討有待研究的方向,為進(jìn)一步研究鋼護(hù)筒嵌巖樁提供一些思路.

通過對以往發(fā)生的高樁碼頭震害的類型及特點的分析,并結(jié)合接岸結(jié)構(gòu)的常見病害及其對碼頭的不利影響,針對內(nèi)河架空直立式碼頭接岸結(jié)構(gòu)的選擇進(jìn)行探討,提出一種較合理的高樁碼頭接岸結(jié)構(gòu),以提高高樁碼頭的抗震能力和適用能力,減少營運期間的維護(hù)費用。

以三峽庫區(qū)某架空直立式碼頭為例,采用基于有限元軟件ansys的montecarlo法,對架空直立式碼頭樁基進(jìn)行了靈敏度分析、散點圖分析,并討論了樁基在各種工況組合作用下的可靠指標(biāo).結(jié)果表明船舶撞擊力對碼頭樁基的可靠度計算起著決定性作用,碼頭樁基可靠度指標(biāo)基本滿足規(guī)范要求,可靠指標(biāo)計算方法和結(jié)果可為類似碼頭樁徑優(yōu)化設(shè)計提供參考.

平面框架結(jié)構(gòu)耗能支撐的地震響應(yīng)時程分析 作者：董作超，王洪嶺，dongzuochao，wanghongling 作者單位：董作超,dongzuochao(江蘇科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院,江蘇,鎮(zhèn)江,212003:)，王洪嶺 ,wanghongling(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院,北京,100083) 刊名： 四川建筑科學(xué)研究 英文刊名：sichuanbuildingscience 年，卷(期)：2011,37(1) 參考文獻(xiàn)(5條) 1.沈小璞;陳榮毅;陳道政基于狀態(tài)空間理論的工程結(jié)構(gòu)地震時程響應(yīng)分析[期刊論文]-中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報 2009(07) 2.巴斯kj;傅子智工程分析中的有限元法1991 3.周學(xué)軍;陳魯;曲慧多、高層鋼結(jié)構(gòu)支撐的布置方式對框架側(cè)移剛度的影響[期刊論文]-鋼結(jié)構(gòu)2003(04) 4.彭觀壽;

建立局部火災(zāi)下3層3跨鋼管混凝土、型鋼混凝土、鋼筋混凝土平面框架火災(zāi)下溫度場和力學(xué)性能分析的有限元模型。在此基礎(chǔ)上,研究了三種平面框架結(jié)構(gòu)的耐火極限狀態(tài)、不同受火工況和梁荷載水平條件下框架結(jié)構(gòu)的變形和破壞規(guī)律、受火梁的內(nèi)力狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)耐火極限的規(guī)律,并對三種平面框架的耐火性能進(jìn)行了比較。

從三峽庫區(qū)變動回水區(qū)特殊的地形地質(zhì)及水文條件出發(fā),以寸灘港三期擬建工程為實例,通過對結(jié)構(gòu)形式特點比較、施工方法論述及合理施工水位確定等要素的分析,對架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行排架跨度、基樁樁徑優(yōu)化設(shè)計,提出了適應(yīng)于三峽庫區(qū)變動回水區(qū)的大樁徑、大跨度架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)形式,比傳統(tǒng)的碼頭結(jié)構(gòu)工程量減少、工程造價降低,并解決了三峽成庫后低水位施工期短的難題。此研究成果可為庫區(qū)碼頭建設(shè)提供良好的技術(shù)支持,具有一定的參考價值。

以重慶某平面布置為"l型"的內(nèi)河框架直立式碼頭為依托,采用midas建立空間剛架模型并進(jìn)行模態(tài)分析,提取關(guān)鍵模態(tài)分析結(jié)構(gòu)的振型特點。初步探討其動力特性,為結(jié)構(gòu)設(shè)計、振動故障診斷以及結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。

針對目前內(nèi)河大水位差框架碼頭結(jié)構(gòu)在設(shè)計和計算時沒有考慮結(jié)構(gòu)在建造過程中的受力特性,建立三維有限元數(shù)學(xué)模型,對結(jié)構(gòu)的施工過程進(jìn)行可視化仿真分析,并與傳統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)一次成型、一次加載的計算模型進(jìn)行比較。結(jié)果表明:這兩種方法對結(jié)構(gòu)的位移差異影響有隨結(jié)構(gòu)層數(shù)的增加而加大的趨勢,而內(nèi)力除底層前撐外,對其它構(gòu)件影響不大。設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)考慮施工過程對大水位差框架碼頭結(jié)構(gòu)的影響。

利用有限元法對性質(zhì)復(fù)雜的混凝土結(jié)構(gòu)——架空直立式碼頭進(jìn)行塑性破壞分析,其中包括根據(jù)室內(nèi)模型試驗得到的混凝土參數(shù),利用有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析;結(jié)合重慶市寸灘碼頭模型試驗資料,對數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明:碼頭結(jié)構(gòu)在受到頂層撞擊力后最先破壞的是結(jié)構(gòu)底層的聯(lián)系梁;隨著撞擊荷載的增大,結(jié)構(gòu)上部的縱撐、橫撐兩端均出現(xiàn)不同程度的開裂區(qū),但整個結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)較大位移,表明此種結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的塑性變形能力,符合框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則,與試驗數(shù)據(jù)比較吻合。

利用有限元法對內(nèi)河架空直立式集裝箱碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計算分析,采用有限元法建立了3種不同的有限元模型(平面剛架模型、不考慮面板剛度的空間剛架模型、考慮面板剛度的空間剛架模型),分別對內(nèi)河架空直立式集裝箱碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力計算和比較分析。分析表明,考慮面板剛度的空間剛架模型是適合內(nèi)河大水位差架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)的計算模型。

框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中,當(dāng)下層層高大于上層層高,且懸殊較大時,下層的側(cè)移剛度較弱,抗剪承載力小于上層。在這種情況下,可采用的技術(shù)措施之一是增設(shè)層間梁。這里通過對比分析有層間梁和無層間梁的框架柱彎矩的情況,說明層間梁對本層抗剪承載力的影響,以便為工程設(shè)計提供有益的借鑒。

管樁直徑d=0.3m5.7.5條 壁厚t=0.07m 彈性模量e=36000n/mm2c60 i=0.000365m4 比例系數(shù)m=2mn/m4 計算寬度b0=0.855m5.7.5條 水平變形系數(shù)α=0.6868985.7.5條 α*h=2.15686m表6.7.2 取2.4m 水平位移系數(shù)νx=3.526表6.7.2 樁露頭h0=0.8m 樁頂允許位移χ0a=h0/60=0.013333m 水平承載力特征值rha=10.27849kn式5.7.2-2 單樁水平承載力力特征值計算

PHC管樁水平承載力試驗與設(shè)計構(gòu)造

樁徑d(m)樁長l(m)fc（n/?）ft（n/?）ec（n/?） 0.84016.71.5731500 縱筋根數(shù)縱筋直徑（mm）ρgfy（n/?）es（n/?） 8140.245%300200000 承臺側(cè)向土 水平抗力系數(shù) 比例系數(shù) m(mn/m^4) b。 (m) w。 (m^3) i。 (m^4)α e 41.530.05130.01796.349 樁水平變形 系數(shù)α 樁水平變形系 數(shù)αl 樁頂鉸接、 自由/固結(jié) （0/1） 樁頂最大彎 矩系數(shù)vm 樁頂水平位 移系數(shù)vx 0.41816.71400.7682.441 樁頂豎向力影 響系數(shù)ζn 樁截面模量塑 性系數(shù)γm 標(biāo)準(zhǔn)組合下 樁頂豎向力 nk（kn） 樁身換算截 面面積 an(m^2) 樁頂允許水 平位移х 0a(mm) 0.5242000.