MIDAS CIVIL在高樁碼頭承載能力計算分析中的應(yīng)用論文
摘 要：研究了MIDAS CIVIL有限元軟件在高樁碼頭承載能力計算分析中的應(yīng)用，結(jié)合工程實例，具體計算了碼頭軌道梁、橫梁及樁基的承載能力，并進(jìn)行了校核計算。結(jié)果表明，碼頭中的軌道梁、橫梁及樁基均滿足承載要求。MIDAS CIVIL可以簡便地應(yīng)用在高樁碼頭的結(jié)構(gòu)計算中，對實際工程計算具有一定的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞：高樁碼頭；承載能力；MIDAS CIVI
目前關(guān)于高樁碼頭承載能力的評估方法主要分為現(xiàn)場檢測和室內(nèi)計算兩種方法。現(xiàn)場檢測主要是采用碼頭結(jié)構(gòu)原位荷載試驗的方法來評估碼頭的實際承載能力，該方法能夠較真實地反映碼頭的實際承載能力，但存在現(xiàn)場操作復(fù)雜、檢測成本高、對碼頭的安全造成隱患等缺點，因此該方法實際應(yīng)用較少。室內(nèi)計算即采用大型結(jié)構(gòu)計算分析軟件對該碼頭建立有限元模型，施加現(xiàn)有實際荷載，從而分析該碼頭的承載能力，該方法具有成本低、效率高、計算結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點，被廣泛使用。其中應(yīng)用最多的為ANSYS有限元計算分析軟件，隨著計算機(jī)的高速發(fā)展，其它軟件如MIDAS CIVIL、SAP2000[1]等也逐漸被結(jié)構(gòu)設(shè)計人員采用分析解決港口工程問題。MIDAS CIVIL有限元分析軟件相比其它類似軟件，具有靈活性、穩(wěn)定性、截面直觀性等優(yōu)點，可適用于港口工程、橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)、工業(yè)建筑、水利工程等結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析。
本文結(jié)合工程實例，采用MIDAS CIVIL有限元軟件對某高樁碼頭的承載能力進(jìn)行計算分析。
1 工程概況
某碼頭工程項目：采用高樁梁板結(jié)構(gòu)型式，由前、后平臺組成，可靠泊1.5萬噸貨輪，為卸船泊位，碼頭前沿總長153m。碼頭采用600mm×600mm實心方樁作為基礎(chǔ)，共有229根方樁，碼頭平臺共27個排架，排架間距為6.0m。
2 計算模型建立
依據(jù)碼頭的設(shè)計圖紙，取碼頭卸船泊位前平臺的1個結(jié)構(gòu)段建立MIDAS CIVIL有限元計算模型，在建立模型時只對碼頭結(jié)構(gòu)段的縱橫梁、面板還有樁基進(jìn)行了建模，而未考慮靠船構(gòu)件、系纜柱等附屬結(jié)構(gòu)。
2.1 有限元模型
根據(jù)設(shè)計圖紙上顯示的高樁碼頭結(jié)構(gòu)型式，三維有限元計算模型尺寸為：橫向為碼頭前沿寬度，為14.5m，縱向為兩道沉降縫之間的距離，為48m，豎向包括樁基及面板。樁基、縱橫梁均采用梁單元，面板采用板單元，有限元模型見圖1。
2. 2 邊界條件
結(jié)合實際工程情況將碼頭的.縱橫梁與面板各個部件進(jìn)行了剛性連接，使上部結(jié)構(gòu)連成一個整體；橫梁和下部樁基的連接采用固結(jié)，接點轉(zhuǎn)動時組成的各構(gòu)件之間的相互角度不變，忽略梁的軸向變形，建模時將樁基底端嵌固。
3 計算結(jié)果及分析
3.1 MIDAS空間框架計算
本次計算考慮2種工況，工況1為自重、地面堆載、卸船機(jī)荷載、車輛荷載及船舶系纜力作用效應(yīng)組合；工況2為自重、地面堆載、卸船機(jī)荷載、車輛荷載及船舶撞擊力作用效應(yīng)組合。根據(jù)《高樁碼頭設(shè)計與施工規(guī)范》（JTS167-1-2010）[3]中關(guān)于荷載分項系數(shù)規(guī)定，自重、地面堆載的分項系數(shù)取1.2，車輛荷載、船舶系纜力的分項系數(shù)取為1.4，卸船機(jī)荷載、船舶撞擊力的分項系數(shù)取為1.5。計算工況詳見表1。
分別計算以上2種工況對應(yīng)作用效應(yīng)組合下結(jié)構(gòu)段的縱梁、橫梁、面板及樁基的內(nèi)力。由于篇幅限制，文章只列出了其中最不利工況下軌道梁、橫梁及樁基的內(nèi)力計算結(jié)果。
�。�1）軌道梁內(nèi)力計算結(jié)果
圖2～圖3分別給出了最不利工況下軌道梁彎矩和剪力分布云圖。
由以上圖2～圖3的計算結(jié)果可得出軌道梁的最大內(nèi)力值及最小內(nèi)力值，如下表2所示：
式中：彎矩正值表示構(gòu)件上部受壓，下部受拉；負(fù)值表示構(gòu)件上部受拉，下部受壓；剪力正值表示與圖中坐標(biāo)系方向一致，負(fù)值表示與圖中坐標(biāo)系方向相反。
�。�2）橫梁內(nèi)力計算結(jié)果
圖4～圖5分別給出了最不利工況下橫梁彎矩和剪力分布云圖。
由圖4～圖5的計算結(jié)果可得出橫梁的最大內(nèi)力值及最小內(nèi)力值，如下表3所示：
式中：彎矩正值表示構(gòu)件上部受壓，下部受拉；負(fù)值表示構(gòu)件上部受拉，下部受壓；剪力正值表示與圖中坐標(biāo)系方向一致，負(fù)值表示與圖中坐標(biāo)系方向相反。
�。�3） 樁基軸力計算結(jié)果
圖6給出了最不利工況下樁基軸力分布云圖。
由圖6的計算結(jié)果可得樁基的最大軸力值及最小軸力值，如下表4所示：
表中：軸力負(fù)值表示構(gòu)件受壓。
3.2 計算結(jié)果分析
以上計算得到了最不利工況作用下碼頭結(jié)構(gòu)段主要構(gòu)件軌道梁、橫梁及樁基內(nèi)力的最大值和最小值。再根據(jù)原設(shè)計圖紙和配筋，求得軌道梁、橫梁及樁基的承載力列于表3.4，進(jìn)行校核分析。由表3.4可以看出：碼頭結(jié)構(gòu)段的軌道梁、橫梁及樁基的最大正負(fù)彎矩、剪力及軸力作用效應(yīng)組合值均小于各構(gòu)件極限承載力，滿足承載要求。
4 結(jié)語
本文探討了MIDAS CIVIL在高樁碼頭承載能力計算分析中的應(yīng)用。限于篇幅大小，文章只列出了軌道梁、橫梁及樁基的內(nèi)力計算結(jié)果，其它邊縱梁、中縱梁及面板的內(nèi)力結(jié)果同樣可通過該軟件計算得到。
最后將內(nèi)力計算結(jié)果同各構(gòu)件的極限承載力進(jìn)行比較，結(jié)果表明碼頭的軌道梁、橫梁及樁基均滿足承載要求。
總之，MIDAS CIVIL計算簡單、快捷、準(zhǔn)確、結(jié)果直觀，可以廣泛應(yīng)用于高樁碼頭的結(jié)構(gòu)計算中，對實際工程計算具有一定的指導(dǎo)意義。
參考文獻(xiàn)：
[1]王多垠，張華平，史青芬.大水位差全直樁框架碼頭排架中的水平撞擊力分配系數(shù)研究[J].中國港灣建設(shè)，2009，28（03）：24-25，40.
[2]JTS144-1-2010.港口工程荷載規(guī)范[S].
[3]JTS167-1-2010.高樁碼頭設(shè)計與施工規(guī)范[S].
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