基于GIS系統(tǒng)內(nèi)河高水位差架空直立式碼頭災(zāi)害評(píng)估

通過對(duì)以往發(fā)生的高樁碼頭震害的類型及特點(diǎn)的分析,并結(jié)合接岸結(jié)構(gòu)的常見病害及其對(duì)碼頭的不利影響,針對(duì)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(yíng)運(yùn)期間的維護(hù)費(fèi)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(jì)中存在的不足,并提出了今后的研究重點(diǎn)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。

結(jié)合三峽工程建成蓄水后庫區(qū)港口航道水域特點(diǎn)和地形特點(diǎn),充分考慮長(zhǎng)江航運(yùn)發(fā)展、長(zhǎng)江上游重慶航運(yùn)中心的建設(shè)等需求,以及碼頭建設(shè)對(duì)長(zhǎng)江航運(yùn)通航條件、通航環(huán)境安全及行洪能力的影響,對(duì)各種適合集裝箱裝卸的碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面歸納、分析、篩選,提出了在長(zhǎng)江上游30m以上大水位差條件下5種比較適合于集裝箱裝卸的碼頭結(jié)構(gòu)方案。

通過對(duì)以往發(fā)生的高樁碼頭震害的類型及特點(diǎn)的分析,并結(jié)合接岸結(jié)構(gòu)的常見病害及其對(duì)碼頭的不利影響,針對(duì)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(yíng)運(yùn)期間的維護(hù)費(fèi)用。

采用有限元法,分別建立樁-土-碼頭結(jié)構(gòu)模型、地基剛性假定的碼頭模型和工程計(jì)算簡(jiǎn)化的碼頭模型。通過模態(tài)分析和動(dòng)力時(shí)程分析,得出3種碼頭模型的基頻和水平位移最大值,以及碼頭立柱內(nèi)力的最大響應(yīng)值。研究表明:與地基剛性假定模型相比,由樁-土-碼頭結(jié)構(gòu)模型所得的結(jié)構(gòu)基頻、水平位移最大值、立柱的剪力和彎矩值將會(huì)減小,軸力值基本不受影響;與工程計(jì)算簡(jiǎn)化模型相比,結(jié)構(gòu)的基頻、立柱的剪力和彎矩值將增大,但是水平位移最大值將減小,軸力值基本不變。

本文針對(duì)目前碼頭平面設(shè)計(jì)方法的不足,采用有限元方法,對(duì)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(jì)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(shí)可以減小結(jié)構(gòu)對(duì)水流的影響,為碼頭結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

利用有限元法對(duì)內(nèi)河架空直立式集裝箱碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)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(duì)內(nèi)河架空直立式集裝箱碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力計(jì)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(jì)算模型。

由于內(nèi)河架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不能采用一般的傳統(tǒng)計(jì)算方法進(jìn)行模態(tài)分析,而應(yīng)采用結(jié)構(gòu)專業(yè)軟件進(jìn)行分析。采用有限元法建立空間剛架模型,對(duì)內(nèi)河架空直立式集裝箱碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)分析,初步探討了內(nèi)河架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性,為合理結(jié)構(gòu)型式的研究提供了依據(jù)。

針對(duì)大型內(nèi)河碼頭建設(shè)面臨的復(fù)雜水文條件和地質(zhì)條件,基于結(jié)構(gòu)受力最優(yōu)原理和工程造價(jià)最省的思路,提出了"空間三角形框架墩+帶主斜撐大跨度排架"的內(nèi)河架空直立式碼頭新型結(jié)構(gòu),分析了該碼頭結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點(diǎn)和穩(wěn)定性。并將寸灘碼頭一、二期建設(shè)項(xiàng)目的碼頭結(jié)構(gòu)型式改用本優(yōu)化結(jié)構(gòu)型式后進(jìn)行了工程造價(jià)的計(jì)算,再與原寸灘碼頭一、二期建設(shè)項(xiàng)目的工程造價(jià)進(jìn)行比較。研究表明:新型結(jié)構(gòu)的構(gòu)造簡(jiǎn)潔、受力合理、水下工程量小、經(jīng)濟(jì)性好。

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(chǎng),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(jì)時(shí)考慮水流力的影響提供參考。

針對(duì)內(nèi)河高水位差架空直立式碼頭的結(jié)構(gòu)形式,對(duì)多種荷載下的結(jié)構(gòu)靜力非線性響應(yīng)做了數(shù)值分析,通過與室內(nèi)模型試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比,驗(yàn)證了分析方法的可靠性。隨后對(duì)該類結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的數(shù)值計(jì)算,得到了碼頭結(jié)構(gòu)和樁基在不同荷載下的力學(xué)響應(yīng)。分析結(jié)果表明:利用靜力非線性分析方法,能夠較好地分析結(jié)構(gòu)受力響應(yīng)的過程,同時(shí)還能發(fā)現(xiàn)其中的薄弱環(huán)節(jié);在結(jié)構(gòu)分析中計(jì)算各類截面塑性鉸的性能,很容易判斷構(gòu)件是否屈服或破壞;對(duì)于該類結(jié)構(gòu),在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí),宜分成樁1和其它樁兩類,通過優(yōu)化兩類樁之間的聯(lián)系方式使結(jié)構(gòu)受力更合理。

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(diǎn),主要針對(duì)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(duì)嵌巖樁承載性能的影響3個(gè)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.

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(duì)架空直立式碼頭樁基進(jìn)行了靈敏度分析、散點(diǎn)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(duì)碼頭樁基的可靠度計(jì)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(jì)算方法和結(jié)果可為類似碼頭樁徑優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考.

結(jié)合重慶某內(nèi)河架空汽車下河斜坡道碼頭工程安全性評(píng)估和加固方案研究,對(duì)碼頭的庫岸穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。分析中考慮土中水的滲流和土體的變形耦合,求出了在穩(wěn)定滲流條件下庫岸的浸潤(rùn)面,并計(jì)算出孔隙水壓力。通過分析得到了高填方汽車架空斜坡道樁基的破壞模式、樁內(nèi)力分布、安全評(píng)估策略和加固方案。

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(diǎn)。初步探討其動(dòng)力特性,為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、振動(dòng)故障診斷以及結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

采用響應(yīng)面數(shù)值模擬技術(shù)在設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)處擬合了代替真實(shí)極限狀態(tài)曲面的響應(yīng)面函數(shù),并在此基礎(chǔ)上運(yùn)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(yàn)證了基于響應(yīng)面對(duì)大型結(jié)構(gòu)可靠度求解的可行性。

從三峽庫區(qū)變動(dòng)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(shí)例,通過對(duì)結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)比較、施工方法論述及合理施工水位確定等要素的分析,對(duì)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(jì),提出了適應(yīng)于三峽庫區(qū)變動(dòng)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(jià)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(jià)值。

利用有限元法對(duì)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(yàn)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(yàn)資料,對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)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(gè)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(jì)原則,與試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較吻合。

采用ansys有限元軟件,對(duì)5種不同碼頭承臺(tái)寬度、5種不同樁直徑進(jìn)行數(shù)值分析,探討承臺(tái)寬度、樁直徑對(duì)架空直立式碼頭水平撞擊力分配系數(shù)的影響。結(jié)果表明,承臺(tái)寬度和樁直徑對(duì)排架分配系數(shù)有著不可忽視的影響,承臺(tái)寬度的增大有利于排架的均勻分配,樁直徑的增大不利于排架的均勻分配。為使結(jié)構(gòu)受力均勻,可適當(dāng)加大承臺(tái)寬度、減小樁直徑。同時(shí)對(duì)這兩個(gè)因素對(duì)水平撞擊力分配系數(shù)的影響進(jìn)行敏感性分析。

里下河水源調(diào)整工程是置換現(xiàn)江都站部分水量北調(diào)的主體工程,而鹵汀河工程是南水北調(diào)里下河水源調(diào)整工程的關(guān)鍵工程,汛期直立式擋墻無法施工,致使工期緊迫,其沿河兩岸不連續(xù)直立式擋墻與河道疏浚工程存在著交叉施工,在施工中通過科學(xué)安排工序、人員、材料、設(shè)備等措施,合理解決了交叉施工難題,確保了工程質(zhì)量。

直立式加筋土擋墻力學(xué)特性分析——結(jié)合廣東河(源)龍(川)高速公路的加筋土擋墻試驗(yàn)，運(yùn)用非線性有限元法對(duì)加筋土擋墻的力學(xué)特性進(jìn)行數(shù)值分析，對(duì)直立式加筋土擋墻墻面變形、墻內(nèi)土壓力的分布規(guī)律進(jìn)行探討。

在長(zhǎng)江上游重慶港寸灘港區(qū)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中,通過理念創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新,在33m大水位差、典型山區(qū)地形的建設(shè)條件下,首次成功地采用了集裝箱岸橋裝卸船工藝、空間框架式樁基碼頭結(jié)構(gòu)、階梯式集裝箱堆場(chǎng)布置和較大的港內(nèi)道路縱坡等設(shè)計(jì)創(chuàng)新技術(shù),開創(chuàng)了大水差地區(qū)建設(shè)直立式集裝箱碼頭的先例,促進(jìn)了河港建港技術(shù)的發(fā)展。