文献综述

毕业设计（论文）

文献综述

题目扬州新港多用途码头

（10000吨级）结构设计

专业港口航道与海岸工程专业

班级11级5班

学生张铖

指导教师徐绩青

重庆交通大学

2015 年

文献综述

本次毕业设计题目为扬州新港10000吨级多用途码头码头设计，该码头为件杂货码头共设4个泊位。在本次结构设计的任务为：依据港口设计的相关规范确定码头的总平面布置，综合考虑造价、结构合理性、施工难易程度进行结构方案比选，施工图设计。依据港口设计的相关规范，随后根据具体情况具体设计细致化。本次设计采用的结构形式为高桩码头。

高桩码头是应用广泛的主要码头结构型式，适宜作透空结构，其结构轻，减轻波浪的效果好，砂石料用量省，对于挖泥超深的适应性强。高桩码头适用于可以沉桩的各种地基，特别适用于软土地基。在岩基上，如有适当厚度的覆盖层，也可采用桩基础；覆盖层较薄时可采用嵌岩桩。高桩码头的缺点是对地面超载和装卸工艺变化的适应性差，耐久性不如重力式和板桩式码头，构件以损坏且难修复。

一、我国高桩码头设计理论现状

随着高桩码头在我国的广泛使用，对于高桩码头设计的研究也得到了快速的发展。现行高桩码头设计规范中，在水平荷载作用下，把空间结构简化为平面结构计算；在竖向荷载作用下，则简化为平面结构或弹性支座连续梁计算，这种简化偏于保守。在桩基设计时，规范中则采用线弹性地基的m法和K法，对于桩基土对上部结构的位移和内力的影响，则通过近似的嵌固点法计算平面排架加以考虑。所有上述计算，均把码头的上部结构与桩基分开考虑。其实，上部结构—桩-土为一整体，它们之间存在着复杂的相互作用关系。鉴于这些问题的存在，南京水利科学研究院的洪晓林、柏文正等人（1995年）研究编制了NOSAPS程序对高桩码头结构进行整体空间受力计算。根据高桩码头结构的特点，程序配备了7种类型的单元：两端固接梁元、杆元、一端固接一端铰接梁元、平面矩形元、空间弹簧元、矩形板单元和矩形壳单元。在高桩码头结构中，纵、横梁与板的轴线往往不在同一高程上，或为保证桩与梁、桩与板、梁与梁连接处的刚性，在程序中引入了刚性域。为使程序适用于不同类型荷载，除考虑了节点荷载外，还考虑了各种单元荷载：横向集中力、横向分布力、轴向集中力、轴向分布力、横向三角形分布力、集中力偶、均匀升温、上下温差、板单元上的集中力和局部均布荷

载。程序中考虑了码头的常规荷载模式：结构自重，静水浮力、水流力、波浪力、流动机械荷载、船舶撞击力和系缆力、上部均匀堆货荷载。研究表明，当荷载较大时，由于土的非线性，高桩码头结构往往呈现上部结构一桩-土非线性相互作用，即上部结构及桩本身可看作弹性的，桩基浅区的土壤变形较大，一般呈非线性，桩基深处的土壤，变形很小，也可认为是弹性的。对这种带有局部非线性的结构体系，程序采用有限元分析中的子结构法来处理。把结构体系分为2个子结构。1个是由上部结构和泥面以上桩组成；另1个则由泥面以下桩和土组成。这样处理可避免计算无谓地在线性部分重复，迭代时只需对非线性部分的刚度矩阵进行修正。

河海大学的孙文俊、胡维俊等人（1993年）则通过另一种方式在高桩码头结构计算中考虑了桩土的相互作用。即将桩在泥面处截开，取泥面以上桩和上部结构组成的空间体系作为计算对象，为了考虑桩基的影响，在桩截开处加入弹性支座约束。这些弹性支座约束的劲度系数即为泥面以下桩在泥面处的桩头劲度系数，可通过对基桩的计算得到。这样，就可以弹性支座上的空间刚架作为码头空间分析的计算模型，采用杆系有限元法进行计算，取常规空间梁单元劲度矩阵(考虑剪切变形影响)，对于与泥面相接的桩单元的劲度矩阵需要计及弹性支座的影响，必须进行修改。SAP5程序是国内外都公认的结构有限元计算程序，但把它运用到高桩码头上来，则它的大量的前后处理及操纵的复杂性为设计人员无法接受。为此，交通部三航院技术开发处、电算室与河海大学力学系通过几年的共同努力，针对高桩码头编制了有限元空间静力分析的专用程序SAPT，使技术人员在数据准备、计算速度及结果整理方面受益较大。

二、高桩码头结构形式计算及解决方法

在高桩码头结构计算中考虑了桩土的相互作用。即将桩在泥面处截开，取泥面以上桩和上部结构组成的平间体系作为计算对象，为了考虑桩基的影响，在桩截开处加入弹性支座约束。这些弹性支座约束的劲度系数即为泥面以下桩在泥面处的桩头劲度系数，可通过对基桩的计算得到。这样，就可以弹性支座上的平面刚架作为码头平面分析的计算模型，采用杆系有限元法进行计算，取常规平面梁单元劲度矩阵(考虑剪切变形影响)，对于与泥面相接的桩单元的劲度矩阵需要计

及弹性支座的影响，必须进行修改。SAP2000保持了原有产品的传统，具有完善、直观和灵活的界面，为在交通运输、工业、公共事业、运动和其它领域工作的工程师提供无出其右的分析引擎和设计工具。在SAP2000二维图形环境中提供了多种建模、分析和设计选项，且完全在一个集成的图形界面内实现。在今天的市场上SAP2000已经被证实是最具集成化、高效率和实用的通用结构软件，可更好的用于计算桩基受力情况分析。用有限元法（矩阵位移法）进行结构静力、动力特性分析已成为目前结构分析中最为通用的方法，内河架空直立式码头分析也不例外，。应用有限元法可进行内河架空直立式码头横向排架计算（平面问题）或内河架空起立式码头空间结构计算（空间问题），在进行有限元数值分析时，如保建立排架中桩、梁、板的连接及桩土（岩）相互作用的简化力学模型，并与实际问题的原型相符，满足工程设计精度要求，是数值分析成功和关键之一。传统的高桩码头平面计算方法受力明确，方法简单，在一定的历史条件下被广大设计人员所接受，但随着科技的发展，发现它存在着没有完全考虑整个体系之间的传递和对有些形式的高桩码头无法进行计算等；随着计算机技术的迅猛发展，空间结构计算程序也越来越完善，在使用上更为方便快捷，在内河架空直立式集装箱码头的结构计算中应多进行平面计算与空间计算的相互比较，取长补短，使内河架空直立式集装箱码头的结构设计更为合理。