撞击力作用下拱式纵梁码头排架受力特性分析

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船舶靠泊内河大水位差高桩框架码头受力分析

船舶靠泊内河大水位差高桩框架码头受力分析

学术ACADEMIC船舶靠泊内河大水位差高桩框架码头受力分析◎ 龙友立 广东省航运规划设计院有限公司摘 要:本文针对西江某内河大水位差高桩框架码头,采用有限元计算软件MIDAS-CIVIL建立空间有限元模型,对不同水位下船舶靠泊不同位置时的某高桩框架码头结构受力进行分析,得到了高桩码头结构不同构件的位移、弯矩等结果及其分布规律。

此分析方法及结果可为同类型码头的结构设计及运营使用提供一定参考。

关键词:大水位差 高桩框架码头 船舶靠泊 撞击力西江是珠江水系航运主干流,为了适应西江流域经济的发展,保证码头在不同时节不同水位(水位差大于17m)下船舶均能靠泊使用,而防止船舶频繁靠泊对高桩码头结构造成破坏,其最基本的手段就是要求船舶按规范靠泊的同时使结构具有一定的防撞能力。

这就要求在设计阶段对各种作用下的结构响应进行分析,根据分析结果进行设计和采取合理的防范措施,并对码头的使用运营提出相应要求。

本文以某高桩框架码头结构为例,通过有限元计算软件MIDAS-CIVIL建立空间模型进行计算,对不同水位不同撞击力作用下的码头结构响应进行分析,此分析方法和结果可为同类型码头结构的设计及运营使用提供一定参考。

1.分析计算方法随着高桩码头结构设计理论和方法的发展,目前国内外用于高桩码头结构分析的方法主要分为平面计算方法、空间计算方法和物理模型试验方法。

当码头纵横向刚度比较接近时,且结构受力较为复杂,结构空间特性较为显著时,码头结构内力宜按空间计算更为合理。

高桩框架码头结构受力具有空间特性。

按空间结构计算框架码头结构,其计算过程可采用矩阵位移法、有限单元法或有限差分法。

有限单元法是以弹性力学为基础,用矩阵进行推演,用计算机程序作数值解算,是求解各领域数理方程的一种通用的近似方法。

现有的有限元结构分析程序,如SAP2000、M i d a s C i v i l、Ansys、ABAQUS等软件是国内外都公认的通用结构有限元计算软件,本文通过有限元计算软件MI DAS-CI V IL建立空间模型进行计算分析。

船舶撞击码头动力响应有限元分析

船舶撞击码头动力响应有限元分析

击力和码头变形情况。本文采用有限元LS-DYNA 软件对船舶以较快速度靠泊码头的过程进行模拟 分析,通过计算船舶最大撞击力及码头结构损伤 情况,为码头设计、升级改造和维修提供依据。
1 有限元模型的建立 本文模拟了一艘3万t的散货船平行靠泊某高
桩码头时的情况。速度取规范规定的该级别船舶 最大靠岸速度v=0.15 m/s[2]。该码头为无梁板式结 构,尺寸见图1码头断面。原设计靠泊能力为万吨 级,现预升级为3万吨级船舶停靠使用。鉴于码头 升级后的船舶撞击力与原设计不同,在升级前必 须经过科学的计算论证。 1.1 码头计算模型
港口工程荷载规范
270
1 453
英国标准
456
2 070
有限元法
473
2 223
根据计算结果可知,两种理论计算中若按 英国标准计算出的最大撞击力进行设计是偏于安 全的,而按港口工程荷载规范的计算最大撞击力 则偏小。将有限元法与以上两种理论计算法计算 出的值进行比较可知,有限元法计算结果略微偏 高,但是在接近的范围之内,因此结果是合理的。 2.3 码头结构变形及应力分析
图2 码头有限元模型
由于撞击力作用于码头的上部结构,且为 短暂的受力过程,受岸坡土体边界条件的影响相 对较小,所以模型中忽略周围土体对桩的相互作 用,而是采用m法计算出桩在岸坡土体中的嵌固 点,按照规范方法得到桩的计算长度,然后将桩 底进行全约束,以简化计算模型。
码头模型的主体结构根据强度为C35的混凝 土选定参数,其中弹性模量取值为3.14×104 MPa, 密度为2 450 kg/m3。由于码头前承台都为预制空心 桩,考虑到模型简化,将所有空心桩都建成了实
心桩,为了消除其影响必须把桩的截面、弹性模
量和密度进行等效代换,代换公式为:

内河高桩框架码头结构应用及受力特性分析

内河高桩框架码头结构应用及受力特性分析

内河高桩框架码头结构应用及受力特性分析作者:李承柱来源:《珠江水运》2014年第10期摘要:本文以西江流域上游贵港港桂平港区一期码头为实例,研究这一地区内河高桩框架码头结构的受力特性,为同类型码头工程设计提供技术支撑。

关键词:内河高桩框架码头应用受力特性分析1.引言高桩框架码头一般适用于水位差较大需多层系缆的内河码头。

与高桩码头其它结构型式相比,其优点是上部结构刚度大,整体性好,抗震性能好,能适应码头两层或多层系靠船的要求。

高桩码头的结构分段是一个空间整体结构,严格说,应该取一个结构分段按空间结构设计,但这种计算比较复杂,对于结构段内排架差异大或承受不对称荷载时,应按空间模型计算外,一般把它简化为平面模型计算。

现行高桩码头设计规范中,框架式码头的内力推荐采用空间结构模型计算。

本文通过一个工程实例来分析高桩框架码头的结构受力特性。

2.工程实例2. 1 工程概况桂平港区一期码头位于桂平航运枢纽的库区内,设计高低水位差11.69m。

码头建设2个2000DWT散货泊位和1个2000DWT多用途泊位(结构均按3000DWT泊位设计),年设计通过能力散货泊位为181万t,多用途泊位为147万t。

根据总平面布置,码头面顶高程为42.0m,港池底高程为24.8m,码头长330m,宽25m。

码头工作平台采用高桩框架结构,分为3层,第一层为码头顶面,高程为42.0m,第二层顶面高程为36.7m,第三层顶面高程为32.1m。

码头共分10个结构段,为全直桩框架结构,每个结构段长33m,有50个码头排架,横向排架间距7.2m,每个结构段5个排架。

码头排架内桩基采用3根Φ1400灌注桩和2根Φ1200灌注桩组成。

前沿3根Φ1400灌注桩桩基间距为5.25m,进入持力层中风化岩不少于3倍桩基直径。

码头上部结构为:现浇立柱、纵横向联系梁、现浇纵、横梁等。

其中码头立柱轨道梁下断面尺寸为1000mm×1000mm,靠船立柱断面尺寸为3000mm×1200mm,纵横向联系梁尺寸为 1000mm×600mm,码头面现浇纵梁1700mm×500mm,现浇轨道梁2050mm×1000mm,横梁总高2250mm,宽1200mm。

斜向船舶撞击力作用下小型高桩码头桩基受力研究

斜向船舶撞击力作用下小型高桩码头桩基受力研究

的4 根直桩 而言 , 其桩 身性 状的变化趋势基本一致 , 故 只需 选
择其 中1 根桩进行分析 即可 。 对于高桩码头而言 , 其水 平荷载 的主要受力桩为斜桩 ,故最终选择桩 1 一 l i  ̄ l l 桩l 一 2 作为典型 ,
分别对其在 不同桩 基角度下的桩身应力及桩身位移 的计算结 果进行分析 。
式中:N 为轴向拉力 ( 或压力 )设计值 ( N ) ; A 为净截 通过分析表 1中的数据 ,可 以得到 :当斜 向船舶撞击力 作 用于靠船构件上 时,若忽 略了切向的船舶撞击力 ,其撞击
力的合力将会降低 ,将导致结构 的设 计计算总体上偏危 险, 故斜 向船舶撞击力沿切 向的分量在实 际当 中不可忽 略,在码 面面积 ( mm。 ) ;Mx( My )为绕强 ( 弱)轴作用的最大弯 矩设 计值 ( N・ mm) ;V x , 为与截面模量对应 的界 面塑性发展系
线和反力 曲线 ,分别查阅得到相应 的船舶法 向、切 向撞 击力 , 最 终经 由几何求和来得到 不同角度下斜向撞击合力 的大小 ,
各情况 下的计算结果 如表 2所示。
表 2 斜 向船舶撞击能量及撞击力计算结果
图 5 码头横 向排架及桩 的编号 ( 2 )桩身应力分析 本 文将 算例中的直桩和斜桩作 为拉弯 ( 压弯 )构件来计
撞击力大小为 5 1 7 . 6 k N。通过这两者的计算结果可知 ,在小 吨位级 的高桩 码头设计计算 时,如果 不考 虑船 舶的斜 向靠泊
角度情 况,从其总体趋a )
情 况 ,其最终对结构的计算结果将偏 危险 ,这对码头 的安全 性及可靠性会产 生不利 的影 响。

1 0 1 2 1 4 1 4 0 1 6 。 1 8 。

船舶撞击力对架空直立式码头主要构件影响程度分析

船舶撞击力对架空直立式码头主要构件影响程度分析

第 9期
李泉源等 :船 舶撞 击力对架 空直 立式码头主要构件 影响程度分析
2 8 7
表 3 靠船 立柱 数 据 表 ( 组合的承载能力最大值 )
图 6 撞 击 力一 剪力 F S y曲线
… 0

} 一 一 一 — —
表 4立柱数据表 ( 组 合 的 承 载 能 力最 大 值 )

至  ̄ C U O L


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图 7撞击力一 剪力F B 7 - 曲 线

时 码 头 桩 基 ,横 梁 ,纵 梁 ,立 柱 ,靠 船 立 柱 的力 学 响应 ,依 托F OR T R A N 9 0程 序 设 计语 言 ,计 算 出桩 基 ,横 梁 ,纵 梁 ,
图 2 数 值 模 型 1 . 边 界 条 件
立 柱 ,靠 船 立 柱 在 不 同撞 击 力 的荷 载 工 况组 合 作 用下 的轴 力 ( k N) ,剪 力 Y ( k N) ,剪 力 z ( k N) ,扭 矩 ( k N m), 弯矩 Y ( k N m ) ,弯 矩 Z ( k Nm ) ( 具体数据见表 1 - 5 )。 表 1桩 基 数 据 表 ( 组 合 的 承 载 能 力 最 大值 )
虞杨波1 4 1 在 大 水 位 差 架 空 直 立 式 码 头 平 面 框 架 结 构 水 平
承载力分析一文 的靠船安全性分析 中,得到按照弹性设计理
论 ,无 论 船 舶 撞 击在 何 处 ,撞 击力 小 于 l , 2 7 8 k N时 ,任 意 构 件 截 面 都 不 会 屈 服 。 所 以将 撞 击 力 荷 载 从 2 0 0 k N逐 渐 增 加 到

高桩框架式码头在船舶撞击作用下动力响应分析

高桩框架式码头在船舶撞击作用下动力响应分析

高桩框架式码头在船舶撞击作用下动力响应分析摘要:码头作为水上运输重要的交通要道,对于我国水运工程具有十分重要的影响作用。

随着我国鼓励大力发展水运事业,加强码头、水利设施的建设就显得刻不容缓。

基于此,本文主要对高桩框架式码头在船舶撞击作用下动力响应分析。

最终的分析结果显示:船舶撞击作用的受撞击点以及框架连结点和桩底在高桩框架式码头撞击作用中为应力大值,撞击点处为最大。

在整个撞击过程中,高桩框架式码头的橡胶护舷仅能够作为撞击后的振动效应参考,船舶在此方向上均匀振动。

关键词:水运工程;船舶撞击作用;高桩框架式码头;动力响应分析1 引言码头是水上运输的重要组成部分,对于我国构建节约型交通具有十分重要的意义[1-2]。

随着我国科学技术的发展,新时代的水运工程建设也有了新的要求。

这就需要将运输需求的不断增长与船舶大型化的发展紧密结合,相互适应。

高桩框架式码头在收到船舶撞击作用过程并非一个简单的力学加载过程。

分析动力响应模型模拟船舶与框架码头的碰撞过程能够看出:高桩框架式码头在船舶撞击作用之下,等同于静力加载的方式忽略了船舶。

也就是说,高桩框架式码头在船舶撞击过程中,受到码头之间的相互动力作用的影响,框架结构受到撞击后会出现中间位置的结构振动。

这会造成船舶与框架结构的接触碰撞中出现严重的动力影响,严重情况下,甚至会撞击产生间隙,或者对高桩框架式码头造成二次撞击,带来更大的危害[3]。

2 高桩框架式码头2.1 高桩框架式码头的特点高桩框架式码头不同于其他码头的修建,主要在软弱地基上展开施工。

因此,高桩框架式码头的工作特点与普遍码头有所不同。

码头荷载首先出现在桩台部位,而后经由桩台传递到桩结构,再传递到桩基传给地基。

高桩框架式码头具有波浪反射轻、结构轻、对地基适应能力强等特点。

高桩框架式码头水平荷载大都由叉桩承受。

但是,在一些内河码头中,高桩框架式码头的设计结构不尽相同。

一般来说,全直桩高桩框架式码头是码头工程设计的首选,主要是由于此种全直桩高桩框架式码头在承受船舶撞击作用力的时候,其水平荷载由直桩承担,这样就分散了船舶撞击作用,进而传递到嵌固桩部位,减轻对码头的撞击伤害。

船舶撞击力在高桩码头排架中的分配研究-2010.1.8

船舶撞击力在高桩码头排架中的分配研究-2010.1.8

响系数;D 为影响下降段的参数。
2.2 影响水平力分配的因素
河海大学张祖贤[3]等研究发现,排架数目增多、排架间距减小、承台宽度加大都会降低排架水平力的分
配系数。考虑力作用在靠船构件的高度以及码头上有无均布荷载情况可能对水平用位置和码头上有无均布竖向荷载对分配系数的影响进行了研究。
赵冲久,等 船舶撞击力在高桩码头排架中的分配研究
135
变化不是很大。 2.2.2 竖向荷载对水平力分配系数的影响
码头前承台是按均布荷载为 3 T/m2 竖向承载力设计的,建立原型的 ANSYS 有限元模型,计算了在有无 均布荷载下、均布荷载从无逐级增加的情况下、均布荷载只作用在排架 1 的面板上、均布荷载仅不作用在排 架 1 的面板上,水平力作用在排架 1 时,各排架的水平力分配系数(表 3)。
1 高桩码头结构的物理模型和数学模型
1.1 码头概况 某高桩码头的码头面高程为 5.8 m,码头前沿设计泥面高程-10.0 m。该码头为高桩梁板式码头,其前承
台的主要结构段排架数为 9 个,一对叉桩三直桩排架,排架间距 7 m,承台宽 13.8 m,直桩为 55 cm×55 cm 的 预应力空心桩,叉桩为 50 cm×50 cm 的预应力空心桩,面板厚 48 cm。码头撞击力为 500 kN 。结构段立面见 图 1,结构段断面见图 2。 1.2 物理模型
2 码头原型的 ANSYS 有限元模型
2.1 模型的建立
为了真实反映三维结构受力位置、受力形式对水平力在排架中分配的影响,采用 Solid65 实体单元对混
凝土进行模拟。桩、桩帽、横纵梁以及面板之间采用固定连接。由于混凝土应力—应变曲线具有下降段,结构
在受力的过程中会产生“软化”现象,所以模型中各构件的本构关系采用非线性弹性本构模型。Sargin 在对

冲击荷载作用下高桩码头结构的动力响应分析

冲击荷载作用下高桩码头结构的动力响应分析
第3 5卷 第 4期
2 0 1 4年 8 月


港 口
V0 l _ 3 5 N o . 4
Au g .2 01 4
J o u r n a l o f Wa t e r wa y a n d Har b or
冲 击 荷 载 作 用 下 高 桩 码 头 结 构 的 动 力 0 向 应 分 析
作者简介 : 朱立岩( 1 9 6 4 一 ) , 男, 辽 宁省 大连人 , 高级工程师 , 主要从事水运工程优化设计研究 。
B i o g r a p h y : Z HU L i — y a n ( 1 9 6 4 一 ) , ma l e , s e n i o r e n g i n e e r .
阵、 广义刚 度矩阵, 广义荷载向 量。由于【 m 】 , [ c ] , 阿 均为对角阵, 对角元素可表示为 = { } { } ,

{ ) [ c ] { ) , = { ) [ 纠 { } , 其 中{ 尸 } 向 量的 元 素 = { ) { P } , 则 各阶 振 型 的 动 力 方 程 可 表 示 为
码头结构所受的冲击荷载一般包括船舶挤靠力、 系缆力 、 系泊船舶撞击力 、 靠泊船舶撞击力等 , 其 中, 靠 泊船 舶撞 击力 对码 头结 构 的安全 性 影 响较 大 n 。 随着 水运 交通 行业 的快 速发 展 , 船舶 大 型化趋 势愈 发显 著 , 大 型船 舶进 出港 的频率 日益 提 高 。船舶 的大 型 化造成 的靠泊 撞击 力增 大增 加 了码 头撞 损 的几 率 , 伴 随船 舶 进出港频率 的提高 , 码头 的疲劳损伤逐渐积累 , 降低了结构的安全性 , 缩短 了码头的使用寿命 。船舶靠泊 时 由于速 度控 制 不 当 以及 人 为操作 的失误 , 均会 造 成船 舶撞 击 力过 大 , 致 使 码 头结构 单个 或 多个 构件 破损 , 降 低结构 的安全性。靠泊船舶 的撞击力 已成影响码头结构安全性 的突出问题 , 已引起国内工程及学术界的 关注 , 撞击力的合理计算 与分配是前期码头结构设计 的关键问题。 目前采用静力 的方式施加船舶撞击荷载 , 显然忽略 了结构 的动力放大效应b , 这使得结构的安全性 降 低 。本 文针 对这 种 问题 , 采用 数 学理 论 推 导和 结构 动 力 时程 仿 真分 析相 结 合 的方 式 , 对 系泊 船 舶撞 击作 用
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Z H A I Q i u ,L U z i — a i ,Z H U F e n g
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t y c a n b e i n c r e a s e d . Wh e n l o n g i t u d i n a l b e a m i s s i mp l y s u p p o te r d ,s t r u c t u r a l c lc a u l a t i o n u n d e r i mp a c t f o r c e c a n b e s i mp l i i f e d
中图分类号 :U 6 5 6 . 1 文献标 志码 :A 文章编号 :1 0 0 3 — 3 6 8 8( 2 0 1 3 ) 0 5 ~ 0 0 0 1 — 0 4
d o i : 1 0 . 7 6 4 0 / z g g w j s 2 0 1 3 0 5 0 0 1
An a l y s i s o n Tr a n s v e r s a l Me c h a n i c a l Pr o p e r t y o f a Wh a r f wi t h Ar c h e d Lo n g i t u d i n a l Be a ms u n d e r S h i p I mp a c t F o r c e
2 0 1 3年 1 0月
【 l 】 国 灌 湾 建 设
Ch i n a Ha r b o u r E n g i n e e r i n g
Oc t . , 2 013
第5 期 总第 1 8 8期
r r n t a l 1 8 8 . N o . 5
撞击 力作用下拱 式纵 梁码头排架 受力特性 分析
p a c t f o r c e a c t i n g o n t h e b e n t .o t h e r b e n t s a r o u n d i t c a n a f f o r d a b o u t o n l y 1 0% a s a r e s u h o f t h e s p e c i l a s t r u c t u r a l c h a r a c t e r i s —
结果 表明 :由于结构 的特殊性 ,撞击 力作用 于排 架时 ,周边排架仅 能承受 1 O%左右 的横 向荷载 ;从结构 角度 来说 ,
可适 当增强纵 向联接 ,以增 大横 向刚度 ,提升整个结构 的水平 承载能力 。在纵梁 简支条件下 ,撞击 力作用时 的结构 计算 可简化为平 面问题 。结果可 为拱式纵梁结构在码头工程 中的应用提供依据 。 关键词 :撞击力 ;拱式纵梁 ;码 头 ;排架 ;分配 系数
翟秋 ,鲁子爱 ,朱峰
( 河 海大学港 口海岸与 近海工程学院 ,江苏 南京 2 1 0 0 9 8)
摘 要 :简述 了拱式纵梁 的码头结构形式 ,分析了船舶撞击 力作 用下结构横 向受力特性 ,通过 A N S Y S 有 限元分 析平
台建立了该结 构的空间计算模 型 ,以码头 的一个结构段 为例 ,对撞击 力作 用下 码头排架的受力特性进行 了分析研究 。
t i c s . T h e l o n g i t u d i n a l c o p u l a s h o u l d b e i mp r o v e d t o e n h a n c e s t i f n e s s o f t h e w h o l e s t r u c t u r e, S O t h a t t r a n s v e r s a l b e a in r g c a p a c i —
Ab s t r a c t : Wh a r f s wi t h a r c h e d l o n g i t u d i n a l b e a ms a r e i n t r o d u c e d b i r e l f y ,a n d a n a l y s i s o n t r a n s v e r s a l me c h a n i c a l p r o p e r t y U l f — d e r s h i p i mp a c t f o r c e i s ma d e . S p a c e c a l c u l a t i o n mo d e l o f t h e wh a f r wa s b u i l t b y i f n i t e e l e me n t s o f t w a r e ANS YS .T a k i n g o n e s y n t a g me f o r e x a mp l e, me c h a n i c l a p e r t h e i mp a c t f o r c e i s s t u d i e d . T h e c o n c l u s i o n s h o w s t h a t ,w h e n i m—
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