第18卷 第1期 中 国 水 运 Vol.18 No.1 2018年 1月 China Water Transport January 2018
收稿日期：2017-10-27
作者简介：杜陆旸，中交第三航务勘察设计院有限公司。 杜陆旸
摘 要：高桩框架码头是高桩码头结构型式之一，实际工程设计时，设计人员往往采用平面计算的方法来进行设计计算，这种计算得出的结果往往会使桩内力值与实际偏差增大，这使得结构安全可能存在隐患或浪费。本文依托安徽铜陵港某工程，利用易工软件和Autodesk Robot 软件分别进行二维和三维结构计算分析，对高桩框架码头承受船舶荷载这一问题进行较为深入的研究。 关键词：框架码头；三维计算；计算模型对比；高桩梁板式码头
中图分类号：U656 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2018）01-0170-02
高桩框架码头是高桩码头结构型式的一种，适码头上部结构刚度大，整体性好，空间受力特性明显[1]。随着建设技术的不断发展以及水运工程使用中的实际需要，高桩码头框架结构在工程实践中的应用逐步增多。当码头承受水平力时（主要是船舶荷载），结构内力计算如果仍按平面方法进行简化计算，就可能会存在较大误差。文中应用的两种软件：易工高桩框架式码头软件是依据相关规范开发的工程辅助设计软件。Autodesk ROBOT 软件是世界知名的结构分析和设计软件，许多著名的场馆和桥梁以及其它一些大型建筑的设计分析过程中都有使用该软件[2-3]。本文按照安徽铜陵某工程为设计实例，简化复杂荷载，选取代表性的荷载进行荷载组合，分析船舶荷载内力计算偏差。
一、工程概况
码头长305m ，宽30m 。码头平台排架间距为7.5m ，每榀排架设4根直桩，2对叉桩，靠船桩为2根Φ800钢管桩，其余6根桩基为Φ800PHC 管桩。码头上部结构为预制、现浇叠合式梁板结构。码头前沿在标高8.20、4.20m 处增设系缆平台。按二级水工建筑物设计。水重度（kN/m 3）：10。设计高水位13.65m ，设计低水位1.32m 。排架间距：7.5m ；排架榀数：9；码头顶面高程：14.1m ；码头前沿泥面高程：-10m 。
码头断面设计图如图1。
图1 码头断面设计图
呼和浩特教育公共服务平台二、荷载计算fastdb
（1）建筑物自重。（2）码头均布荷载：30kN/m 2。（3）用系船柱750KN ，经计算得挤靠力为175KN/组，与船舶接触橡胶护舷组数为5。船舶撞击力860KN ，根据《中国地震区划图》，本区基本地震烈度为Ⅵ度，设计地震加速度值为0.05g 。按照恒载参与每种作用效应组合，活载按结构实际可能出现的受力情况进行组合分析的思路，对结构自重、面板自重、堆货荷载、岸吊荷载和船舶撞击力等荷载进行组合[4]。
荷载组合时，设立特定组合形式，以比较垂直荷载与水平荷载（船舶）在两模型计算误差的不同。在组合选取时平面与空间两个模型的荷载组合应该是相对等的：
荷载组合1：永久荷载+设计低水位船舶挤靠力+设计低水位浮托力+散货荷载
荷载组合2：永久荷载+设计高水位船舶挤靠力+设计高水位浮托力+散货荷载
荷载组合3：永久荷载+码头面系缆力+设计低水位浮托力+散货荷载
荷载组合4：永久荷载+码头面系缆力+设计高水位浮托力+散货荷载
荷载组合5：永久荷载+码头一层拉杆系缆力+设计低水位浮托力+散货荷载
荷载组合6：永久荷载+码头一层拉杆系缆力+设计高水位浮托力+散货荷载
荷载组合7：永久荷载+码头二层拉杆系缆力+设计低水位浮托力+散货荷载
荷载组合8：永久荷载+码头二层拉杆系缆力+设计高水位浮托力+散货荷载
荷载组合9：永久荷载+设计低水位船舶靠岸撞击力 +设计低水位浮托力+散货荷载
荷载组合10：永久荷载+设计高水位船舶靠岸撞击力+设计高水位浮托力+散货荷载
三、码头平面模型内力计算原理：
第1期杜陆旸：框架码头结构二维和三维计算对比分析 171
计算时结构被简化为平面杆系，利用杆系有限单元法进行求解，桩顶与横梁形心则采用刚性连接；计算中桩基采用M法，此时桩入土段以土层作为分段，梁单元采用弹性地基梁模型，桩顶与横梁形心采用刚性连接，桩顶与桩顶之间为一跨，如果中间有横梁分段，则每个分段间计为一跨。
四、高桩框架式码头空间模型内力计算
1．三维空间模型建立
三维模型更接近实体的情况。但在建模过程中需要对实际条件进行部分的理想化，在对计算结果影响不大的情况下，进行优化，减少计算量。在桩基础处定义为弹性地基，在河底泥面以下的桩基础上施加70,000kN/m的地基力。荷载和荷载组合情况与二维计算模型相同。按三维实际情况将荷载施加到模型上。tek062
烧结工艺
表1 空间框架结构码头模型中横梁剪力以及弯矩计算
结果汇总表
第一跨第二跨第三跨第四跨第五跨第六跨第七跨第八跨第九跨横梁弯矩（kN·m）1,002 3,518 3,255 3,289 3,991 3,294 3,396 1,812 0.00 横梁剪力（kN）606 1,159 902 821 1,481 753 682 891 606 表2 平面框架结构码头模型中横梁剪力以及弯矩
计算结果汇总表
第一跨第二跨第三跨第四跨第五跨第六跨第七跨第八跨第九跨横梁弯矩（kN·m）179 1,003 2,907 3,742 3,826 3,190 3,716 313 0.00 横梁剪力（kN）905 672 1,242 747 962 1,208 1,072 950 906
把空间模型中横梁轴力以及弯矩汇总，发现在以高水位船舶挤靠力和高水位码头面系缆力为主要变化荷载的荷载组合中（即荷载组合2和荷载组合3）中，其与平面计算结果的差距最大。表1中列出了在
荷载组合2和3中每根横梁的受力情况。以码头右边沿横梁为第一跨，依次向码头中心排序。
通过比较可以看出，当平面模型中利用规范中规定的分配系数，来计算横梁剪力及弯矩时，实际是把框架结构码头横梁作为其他高桩码头相同的横梁荷载分配来进行计算，所得结果与空间模型计算所得结果存在较大差异。框架结构码头受力情况比较复杂，因为空间与平面的受力差别，在部分横梁中，空间结构计算出的横梁剪力和弯矩要大于平面结构的计算结果。如果在工程实践中，计算横梁受力时只考虑平面结构满足，而不考虑空间情况，那么就有可能导致工程的不安全性。因此，在实际计算中，应当使用空间结构来进行框架码头的受力计算分析，或者在今后的规范修改过程中，考虑框架码头的特殊性能，计算横梁时使用经过空间修正的分配系数进行计算。
通过对框架码头空间计算结果与平面结构模型的计算结果进行的比较分析，笔者认为在设计工作中，使用三维模型进行框架码头的结构设计和计算更为安全。
参考文献
[1] 陈万佳.港口水工建筑物[M].北京：人民交通出版社，
1997.
[2] 李勇.RoBoT软件在特种结构的应用[J].城市道桥和防
洪，2005，（9）：166-170.
[3] 杨文.浅谈ROBOT在港口结构计算中的应用[J].珠江水
运，2013，（11）：67-71.陈朝波
[4] 杨荣君，秦武等.高桩码头结构新型加固改造方案设计[J].
水运工程，2013，（10）：62-65.
（上接第169页）
表2 用国标方法计算地基承载力（Fk）结果
参数B e（m）B1（m）P1（kPa）P2（kPa）d（m）q k（kPa）tanφk 数值13.64 8.00 283.03 413.65 1.41 50 0.5317
参数tanδ' λN c N q Nγ
Tan
（α-φk/2）
P v1 （kPa）
数值0.45 4.87 7.06 4.75 1.60 0.0454 180.10
参数P v2（kPa）K* Vd（kN/m）F k（kN/m）
数值256.71 1.56 2,979.04 7,588.76
2）用欧标方法计算结果见表3：
表3 用欧标方法计算地基承载力（R）结果
参数N c N q NγB e（m）d（m）B’（m）S c
数值25.80 14.72 14.59 13.64 1.41 11.56 1.38
参数S q Sγi q i c iγm R（kN/m）数值 1.36 0.77 0.51 0.48 0.34 1.57 7,100.08
五、结论
如表2和表3所示，用国标和欧标两种计算方法算出地基承载力的结果较为接近，国标计算结果稍大一
些。究其原因，国标使用的是地基临界承载力计算公式或实测数理统计法，考虑了土体粘聚力和土体自重对地基承载力的影响。而
欧标采用地基极限承载力计算公式的方法，假定土体无自重且无粘聚力，但是考虑了基础倾斜放置、基础上偏心荷载或倾斜荷载的作用、以及基础形状对地基承载力的影响。通过分析表2和表3的结果发现，表3中的承载力系数N
c
、N
轮船招商局q
、
N
γ
比表2大，但地基承载力反而小于表2，故可知基础形状对地基承载力数值影响较大。在今后类似项目
的地基承载力计算时，可根据个人对公式的熟悉程度选择计算方法，用另一种方法进行验算，尽可能节省计算时间，提高工作效率。
参考文献
[1] JTS147-1-2010港口工程地基规范[S].
[2] JTS167-2-2009重力式码头设计与施工规范[S].
[3] 袁凡凡等.港口工程中非均质层状地基承载力计算方法[J].
岩土力学，2006，（4）：1124-1128.
[4] 于志安，只红茹.重力式码头地基承载力计算研究[J].水运
工程，2013，（2）：142-146.
[5] BS EN 1997-1：2004 Part 1—General rules[S].
[6] 靖华.欧美标准地基承载力的计算方法[J].水泥技术，
2000，（4）：14-18.
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