高桩梁板式码头结构横梁内力影响分析

同截面构件对结构 内力的影响及其 幅度 。同时 ， 分析 了不同荷载类型情况下 ，不 同有 限元模型对 横梁 内力结果 的影响及其规律。分析结果表明 ：
对 于 相 同 结 构模 型在 相 同外荷 载条 件 下 丰 海 软 件 得 到 的横 梁 内力 结 果 与 本 文 有 限元 模 型结 果 基 本
互
静
蜒
有限元程序建模求解码头排架 系统 的结果是可靠
０ ５ １ ０ １ ５ ２ ０ ２ ５ ３ ０ ３ ５
的 ，采 用 此 程序 对 横 梁 内力影 响 因素 进 行 分 析 ，
横梁 位置 坐标 ， ｍ
图３ 堆载作用下横梁弯矩对 比
其结果可信。
２ 影 响参数 分 析
・
１０ ・ ６
１
ｌ
２
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水
运
工
程
一
２
一 目 ） ／ 静 颦
一
１
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湖
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Ｏ
的包 络 值并 非 真正 包络 值 的情 况 ，由图４ 以清楚 可
冒
地 发 现 这个 规 律 。本 文 有 限元 程 序 中梁 单 元 长度 固定 取 为０２ Ｉ ．５Ｉ，而 丰海 软 件 中梁 单元 长度 从 最 Ｔ ／０２ 到 最大 １ ７ｍ 等 。综 上所 述可 知 ：本 文 ｂ ．８ｍ ． 不 ０
先将 本 文 有 限元 软 件 Ｒ Ｂ Ｔ 序 的 计算 结 果 与 丰 Ｏ Ｏ程 海 软件 综 合 排 架 计 算 系 统 的计 算 结 果 进 行 了 对 比 分 析 。 在 此基 础 上 比较 分 析 了不 同地 基 条 件 、不
１７ １ ００《 ６ — —２ １ 高桩码头设计与施工规范 》对于横
摘 要 ：重点研 究了不 同荷载 类型情况下不 同地基条件 、不 同截面尺寸 以及 不同简化模 型 （ 向排 架 系统和弹性 支承 横
连续梁 ）对横 梁 内力的影 响及 其规律。研究结果表 明：较 差的地基条件会使横 梁 出现较 大的 负弯矩 ；增 大横 梁尺寸也会使
横 梁 弯 矩 增 大 ；对 于 大桩 帽排 架 ，不 同 简化 模 型 对横 梁 内力 结 果影 响较 大 。
ｍｏ ｅ ｓｆ ｒ ｈ ｎ ｌ ｓｓｏ ｅ ｍ ｔ ｒ ａ ｒ ｅｏ ｅ ｂ ａ ｓａ ｉｈ ｐ ｌ ｈ ｒ． ｏ ｎ ｃ ｏ ｓｃ ｎ ｉ ｆ ｅ ｃ ｈ ｄ ｌ ｅ ａ ａｙ ｉ ｆ ａ ｉ ｅ ｎ ｌ ｏ ｃ ｆ ｈ ｅ ｍ－ ｌｂ ｈ ｇ － ｉ ｗ ａｆ Ｔ ｏｍａ ｙ ｆ ｔ ｒ ａ ｌ ｎ ｅｔ ｅ ｏ ｔ ｂ ｎ ｆ ｔ ｅ ａ ｎ ｕ ｉ ｔ ｒ ａ ｒ ｅ ｏ ｅｂ ａ Ｔ ｅｉ ｆ ｅ ｃ ｗｓ ｆ ｅ ｍ ｔ ｒ ａ ｒ ｅ ａｆ ｃｅ ｙｄ ｆ ｒ ｎ ｉ ｌ ｅ ｄ ｌ， ｉ ｅ ｅ ｔ ｎ ｅ ｎ ｌ ｏ ｃ ｆ ｈ ｅ ｍ． ｈ ｎ ｌ ｎ ｅ ｌ ａ ｉ ｅ ｎ ｌ ｏ ｃ ｆ ｔ ｄ ｂ ｉ ｅ ｅ ｔ ｍｐ ｉ ｄ ｍｏ ｅ ｓ ｄ ｆ ｒ ｎ ｆ ｔ ｕ ａ ｏｂ ｎ ｆ ｅ ｆ ｓ ｉ ｆ ｆ ｌ ａ ｐ ｓ ｄ ｆ ｒ ｎ ｏｌ ｏ ｄ ｔ ｎ ｎ ｉ ｅ ｅ ｔ ｅ ｔ ｎ ｄ ｍｅ ｓｏ ｓ ｒ ｉ ｌ ｔ ｄ ｅ ｒ ｖ ｄ ｆｒ ｎ ｅｆｒｔ ｅ ｏ ｄ ｔ ｅ ， ｉ ｅ ｅ ｔ ｉ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓａ ｄ ｄ ｆ ｒ ｎ ｃ ｉ ｉ ｎ ｉｎ ｅｍａ ｎ ｙｓｕ ｉ ｄｔ ｐ ｏ ｉ ｅａ ｒ ｅ ｅ ｃ ｙ ｆ ｓ ｉ ｆ ｓ ｏ ａ ｏ ｅ ｏ ｈ ｄ ｓｇ ｅ ｓ ｅ ｉｎ ｒ．
Ａｂｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅｌｔｒｌｂ ｎ ｙ ｔｍ ｎ ｈ ｏ ｔ ｕ ｕ ｅ ｍ ｔ ｌｓｉ ｕ ｐ ｒ ｒ ｉ ｅ ｅ ｔｓｍｐ ｉ ｅ ｔ ａ ｔ ｈ ａｅａ ｅ ｔ ｓｅ ａ ｄ ｔ ｅｃ ｎ ｉ ｏ ｓｂ ａ ｗｉ ｅａｔ ｓ ｐ ｏｔ ａｅ ｄｆ ｒｎ ｉ ｌ ｉｄ ｓ ｎ ｈ ｃ ｓ ｆ ｆ
图 ２ 丰海 程序 排 架 模 型
Ｆ＝ ８ ； ＝３ ＠Ｆ ５ ２ ，Ｆ ７８ Ｎ ｘ５８ Ｎ ｘ ３ ｒ ， ０ Ｎ ｘ ９ ，作用 ｋ ｅ ＝３ ｋ ＝ ｋ 点高程１． 距横梁中轴线高度为１ ９ 。 ０ ７ ｍ， ．３ ４ ｍ） 图１ 和图２ 分别给 出了本文有限元模型和丰海
一
别为０ ３ ０１ ｍ ． 。计算荷载包括：结构 ． ４ ｍ， ． 和０ ５ ２ ０ｍ 自 、堆￣ｐ ３ Ｐ （ 重 ２ ＝０ｋ ａ 轨道两侧１ 不堆货 ）、 ．ｍ ５ 水
平撞击力 （ ＝９． Ｎ、作用 点位置距 横梁 中轴线 Ｆ ５９ ４ｋ ０ 以下３ ０ ． ７ｍ）和卸船机荷 载 （＝ 处Ｆ＝ ２ Ｎ， ９ ｘ３ｍ ｚ ９０ｋ ３
５８ｍ，桩 帽 中心位 置参 数分 别 为２８ｍ，１． ｉ， ． ． ３５ｎ ２ ． ３２ｍ，３ ．５ｍ，桩 帽长 分 别 为５６ｍ，５０１， ３２ ． ． ３ ３ ５０ｍ，５５ｍ，桩 基受 弯长 度为 １．６～２．４ ， ． ． ９３ ５６２ｉ ｎ 排架 间距 ８ｍ，预制 面板 、现浇层 和磨 耗层 厚 度分
２１ 不 同地基 条件 下横 梁 内力结果 分 析 ．
算例 中仍然采用假想嵌 固点法进行计算 ，不
同地 基 土 条 件 下 ，模 型嵌 固点 处 的桩 基 轴 向反 力 系数 有 显 著 差 别 。 《 高桩 码 头 设 计 与施 工 规 范 》
横 梁位 置坐 标／ ｍ
中定 义 了桩 顶处 的轴 向反 力 系 数 ，即桩 顶 处 承 受 单 位 荷 载 作 用 时 在 桩 顶 处 产 生 的变 形 。 这 里 的 变 形 包 括 ３ 分 ：桩 在 泥 面 以上 长 度 即 自 由长 度 部
图４ 竖 向集 中荷载作用下横梁弯矩对 比
＿丰计元果 ｏ结 ・ｔ 果 Ｒ； ｏ算 海限 ｂ ￣
一
（ ）的压 缩 变 形 ，桩 基 人 土 部 分 的压 缩 变 形 以
长度不断增大，同时装卸设备的大型化以及码头逐 渐向外海发展的趋势 ，使得高桩梁板式码wk.baidu.com 中轨
道梁 的跨 度 逐 渐 增 大 ，横 梁 节 点 处 的桩 基 数 量 也 相应 增多 ，通 常在 节点 处采 用大 桩 帽结构 【 。ＪＳ 】 ］ Ｔ
模型。为验证本文有限元程序编制 的正确性 ，首
利用有限元软件Ｒ Ｂ Ｔ Ｏ Ｏ 对高桩梁板式码头进行平
收 稿 日期 ：２ １ － ９ ０ ０ １０ — ５
作者简介 ：季大 闰 （９ １ ），男，高级工程师 ， 事港 口 １７一 从 及航道 工程规 划设计 和研 究。
第 １ 期 １
季 大闰，何晓宇 ：高桩 梁板 式码 头结构横 梁 内力影响分析
程 序模 型 。
卸船机荷载对横梁 的作用可 以分解为竖向集 中荷 载 、水平 集 中荷载 以及弯 矩荷 载 。针 对码 头横
梁上的典 型荷载情况 ，图３ 分别给出了堆载作 ～６
用 、卸船机荷载 中仅考虑竖 向荷载 、仅考虑水平 向荷载 以及仅 考虑弯矩荷 载Ｈ Ｒ Ｂ Ｔ 限元模 Ｃ Ｏ Ｏ有 型和丰海综合排架系统模 型中横梁弯矩结果对 比 图。表１ 给出了不同软件计算 时，不 同荷载作用下
梁计算 规定 ：可按横 梁与桩 组成 的横 向排 架进行 平
面计算 ；对于由叉桩和直桩支承的横梁 ，也可将横 梁简化为弹性支承连续梁进行计算 ，水平力由叉桩 承受 。将横梁简化为弹性支承连续梁进行计算时可
以考 虑桩帽宽 度对横梁 内力 的影 响 。 本 文选 取 嘉 兴 港某 码 头 结 构段 为 工 程 实 例 ，
注 ：结果 １ 为丰海综合排架 系统计算结果 ，结果２ Ｏ Ｏ 有 限元模型 的计算结果 。 为Ｒ Ｂ Ｔ
由计算结果对 比图及包络值 比较可知 ，本文 有 限元程序的计算结果与丰海综合排架系统的计
算 结 果 基 本 一 致 ，除竖 向集 中荷 载作 用 下 横 梁 正
弯矩结果有较大差别 （ 最大差别 达到２ ％），其 ５
ｊ — ｕ ， ａ — ｕ Ｉ Ｄａ ｒｎ ＨＥＸｉｏ ｙ
ｆｈ ｊ ｎ ｒｖ ｃ ｌ ｌ ｎｎ ， ｅｉｎ＆Ｒ ｓａｃ ｓｔｔ ｏ ｏ ｕ ｉａ ｏ ｓＨａｇｈｕ３ ０ ０ ． ｈｎ） Ｚ ｅｉ ｇ ｏｉ ｉ ａ ｉｇ Ｄ ｓ ａ Ｐ ｎ ａＰ ｎ ｇ ｅｅｒｈＩ ｔｕｅ ｆ ｍｍ ｎｃｔ ｎ， ｎｚｏ ０ ６ Ｃ ｉａ ｎｉ Ｃ ｉ １
一
致 ，本文程序结果可信 ；桩帽宽度对横梁 内力
计算结果影 响较大 ，其影 响幅度与支座宽度 、荷
载 类别 有很 大 关 系 ，并 针 对 现 有 规范 提 出的 简化
数值计算模型提出若 干建议 ，以供高桩梁板式码
头设 计者 参考 。
１ 算 例
某码头排架 ，横梁长３ ６ｍ，采用倒梯形截面 （ 截面面积４ ５ 形心距横梁底高程１ ９ 底 ． ， ２ｍ ．７ ４ ｍ）
高程７ １ｍ，排 架共 ８ 西１ ０ 大管桩 ，２ ． ７ 根 ０ ２ 对直桩 、
图 １ Ｒ Ｂ Ｔ 限元 排 架 模 型 ＯＯ有
两对叉桩 ，桩基斜率分别为０ ， ４ ，一 ， ， ，０ 一 ，４ ４ ４ ０ ，每两根桩位于一个桩帽下 ，桩顶高程分别为 ，０
５ ３ｍ ， ５３ｍ ， ５ ８１ ，５ ８ｍ ， ５８Ｉ ，５ ８ｍ ， ５８ｉ ， ． ． ． ３ １ ． ． ｌ ｌ ． ． ｎ
面排 架 内力计算 。结合现行 的Ｊ Ｓ １ ７ １ ０ ０ Ｔ ６ — —２ １ 《 高桩码头设计与施 工规范 》以及 目前码 头结构 专用计算软件 ，对带有桩 帽大节点 的码头排 架系
统分 别 建 立 了考 虑 桩 帽 宽度 的弹 性 支 撑 连续 梁模 型 和不 考 虑 桩 帽 宽 度 的横 梁 桩 基 排 架 系 统 的 简 化
Ｋｅ ｒ ： ｉｈ—ｉ ａｆｂ ａ ｉｔｒ ａ ｒｅｃ ｌｕａｉｎ ｂｇｐｌ ａ ｙ ｗｏ ｄｓ ｈ ｇ — ｌ ｗｈ ｒ ｅ ｍ；ｎｅｎ ｌｏｃ ａｃ ｌｔ ； ｉ ｉ ｃ ｐ ｐｅ ； ｆ ｏ ｅ
高 桩梁板 式码 头是应 用广 泛 的码头 结构形
式 ，随着 我 国水运事 业 的迅 速发展 ，港 口码 头泊 位
关键词 ：高桩码 头 ； 横梁 ； 内力计算 ； 大桩帽 中图分类号 ：Ｕ ６６１１ ５ ． ３ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１０ — ９ ２２ １） ０ ５ — ６ ０ ２ ４ ７ （０ １ － １８ ０ １ １
Ａｎａ ｙｓｓｏ ｌｕｅ ｉ ｌｆ ｃ ｏ ｓｏ ａ ｎ ｅ ｎａ ｏ ｃ ｆｂｅ ｍ －ｓａ ｇ ｌ ｉ ｆｉ ｎｆ ｎｔａ ａ ｔ ｒ ｎ ｂｅ ｍ ｉ ｔ ｒ ｌ ｒ ｅｏ ａ ｆ ｌ ｂ ｈｉ ｈ－ｐ ｌ ｉｅ ｗｈａ ｆ ｒ
为验证本文有限元程序的合理性 ，在不 同类 型荷载作用下对两模型 中的横梁 内力均进行 了详
细分 析 。从荷 载 类 型 的角度 看 ， 自重 和 堆 载基 本
上属于 同一类型荷载 ，即均载 ；水平撞击力对横 梁 的作用可以分解为水平集 中荷载和力偶荷载 ；
的横梁弯矩包络值。
表１ Ｒ Ｂ Ｔ 限元模型和丰海综合排架 系统模型横梁弯矩包络值 ＯＯ有
２１ 年 １ ０１ １月
水 运 工 程
Ｐｏｔ ＆ Ｗ ａｅ ｗａ Ｅｎｇｎｅ ｒｎｇ ｒ ｔｒ ｙ ｉ ｅｉ
ＮＯ ． ０ｌ Ｖ２ １ Ｎｏ １ Ｓ ｒａ ｏ ４ ０ ．１ ｅ ｉ ｌ ． ６ Ｎ
第 １期 １
总第 ４ ０期 ６
卫 高板通何３分 梁省闰杭响 桩（划浙０ 析 式结宇影 浙大梁） 江计 码研内 交，州 头院１ 规横０ 季，力 设江 构６ 究 晓