MIDAS CIVIL在高桩码头承载能力计算分析中的应用论文
时间：2021-08-31摘 要：研究了MIDAS CIVIL有限元软件在高桩码头承载能力计算分析中的应用，结合工程实例，具体计算了码头轨道梁、横梁及桩基的承载能力，并进行了校核计算。结果表明，码头中的轨道梁、横梁及桩基均满足承载要求。MIDAS CIVIL可以简便地应用在高桩码头的结构计算中，对实际工程计算具有一定的指导意义。
关键词：高桩码头；承载能力；MIDAS CIVI
目前关于高桩码头承载能力的评估方法主要分为现场检测和室内计算两种方法。现场检测主要是采用码头结构原位荷载试验的方法来评估码头的实际承载能力，该方法能够较真实地反映码头的实际承载能力，但存在现场操作复杂、检测成本高、对码头的安全造成隐患等缺点，因此该方法实际应用较少。室内计算即采用大型结构计算分析软件对该码头建立有限元模型，施加现有实际荷载，从而分析该码头的承载能力，该方法具有成本低、效率高、计算结果准确等优点，被广泛使用。其中应用最多的为ANSYS有限元计算分析软件，随着计算机的高速发展，其它软件如MIDAS CIVIL、SAP2000[1]等也逐渐被结构设计人员采用分析解决港口工程问题。MIDAS CIVIL有限元分析软件相比其它类似软件，具有灵活性、稳定性、截面直观性等优点，可适用于港口工程、桥梁结构、地下结构、工业建筑、水利工程等结构的设计与分析。
本文结合工程实例，采用MIDAS CIVIL有限元软件对某高桩码头的承载能力进行计算分析。
1 工程概况
某码头工程项目：采用高桩梁板结构型式，由前、后平台组成，可靠泊1.5万吨货轮，为卸船泊位，码头前沿总长153m。码头采用600mm×600mm实心方桩作为基础，共有229根方桩，码头平台共27个排架，排架间距为6.0m。
2 计算模型建立
依据码头的设计图纸，取码头卸船泊位前平台的1个结构段建立MIDAS CIVIL有限元计算模型，在建立模型时只对码头结构段的纵横梁、面板还有桩基进行了建模，而未考虑靠船构件、系缆柱等附属结构。
2.1 有限元模型
根据设计图纸上显示的高桩码头结构型式，三维有限元计算模型尺寸为：横向为码头前沿宽度，为14.5m，纵向为两道沉降缝之间的距离，为48m，竖向包括桩基及面板。桩基、纵横梁均采用梁单元，面板采用板单元，有限元模型见图1。
2. 2 边界条件
结合实际工程情况将码头的纵横梁与面板各个部件进行了刚性连接，使上部结构连成一个整体；横梁和下部桩基的.连接采用固结，接点转动时组成的各构件之间的相互角度不变，忽略梁的轴向变形，建模时将桩基底端嵌固。
3 计算结果及分析
3.1 MIDAS空间框架计算
本次计算考虑2种工况，工况1为自重、地面堆载、卸船机荷载、车辆荷载及船舶系缆力作用效应组合；工况2为自重、地面堆载、卸船机荷载、车辆荷载及船舶撞击力作用效应组合。根据《高桩码头设计与施工规范》（JTS167-1-2010）[3]中关于荷载分项系数规定，自重、地面堆载的分项系数取1.2，车辆荷载、船舶系缆力的分项系数取为1.4，卸船机荷载、船舶撞击力的分项系数取为1.5。计算工况详见表1。
分别计算以上2种工况对应作用效应组合下结构段的纵梁、横梁、面板及桩基的内力。由于篇幅限制，文章只列出了其中最不利工况下轨道梁、横梁及桩基的内力计算结果。
（1）轨道梁内力计算结果
图2～图3分别给出了最不利工况下轨道梁弯矩和剪力分布云图。
由以上图2～图3的计算结果可得出轨道梁的最大内力值及最小内力值，如下表2所示：
式中：弯矩正值表示构件上部受压，下部受拉；负值表示构件上部受拉，下部受压；剪力正值表示与图中坐标系方向一致，负值表示与图中坐标系方向相反。
（2）横梁内力计算结果
图4～图5分别给出了最不利工况下横梁弯矩和剪力分布云图。
由图4～图5的计算结果可得出横梁的最大内力值及最小内力值，如下表3所示：
式中：弯矩正值表示构件上部受压，下部受拉；负值表示构件上部受拉，下部受压；剪力正值表示与图中坐标系方向一致，负值表示与图中坐标系方向相反。
（3） 桩基轴力计算结果
图6给出了最不利工况下桩基轴力分布云图。
由图6的计算结果可得桩基的最大轴力值及最小轴力值，如下表4所示：
表中：轴力负值表示构件受压。
3.2 计算结果分析
以上计算得到了最不利工况作用下码头结构段主要构件轨道梁、横梁及桩基内力的最大值和最小值。再根据原设计图纸和配筋，求得轨道梁、横梁及桩基的承载力列于表3.4，进行校核分析。由表3.4可以看出：码头结构段的轨道梁、横梁及桩基的最大正负弯矩、剪力及轴力作用效应组合值均小于各构件极限承载力，满足承载要求。
4 结语
本文探讨了MIDAS CIVIL在高桩码头承载能力计算分析中的应用。限于篇幅大小，文章只列出了轨道梁、横梁及桩基的内力计算结果，其它边纵梁、中纵梁及面板的内力结果同样可通过该软件计算得到。
最后将内力计算结果同各构件的极限承载力进行比较，结果表明码头的轨道梁、横梁及桩基均满足承载要求。
总之，MIDAS CIVIL计算简单、快捷、准确、结果直观，可以广泛应用于高桩码头的结构计算中，对实际工程计算具有一定的指导意义。
参考文献：
[1]王多垠，张华平，史青芬.大水位差全直桩框架码头排架中的水平撞击力分配系数研究[J].中国港湾建设，2009，28（03）：24-25，40.
[2]JTS144-1-2010.港口工程荷载规范[S].
[3]JTS167-1-2010.高桩码头设计与施工规范[S].
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