应用MIDAS Civil软件的高桩梁板式码头结构计算方法浅析

张丛丽

摘 要：MIDAS Civil空间有限元分析软件，目前主要用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、飞机场、大坝、港口等结构的分析与设计。MIDAS Civil软件，具有精度高、计算结果显示直观生动、效率高等优点。该文以湛江东海岛某高桩梁板码头的结构设计计算为例，采用有限元软件MIDAS Civil对其进行三维整体建模，对在移动荷载作用下的码头结构的整体受力情况进行了分析并与传统的二维平面计算方法进行比较，得出了更为准确合理的计算结果，可作为同类型实际工程设计的参考。

关键词：MIDAS Civil软件 高桩梁 板式码头

中图分类号：U656 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（b）-0090-02

高桩梁板码头的传统计算方法是将码头简化为二维平面结构，即横向排架，再将空间荷载按比例系数分配作用于简化的横向排架上，排架内力按平面杆系计算。由于码头面荷载较复杂多变，尤其对于门机、门座起重机、卸船机等移动荷载，传统平面计算方法无法考虑；同时，高桩梁板码头实为空间结构，作用力同时向纵向和横向两个方向传递，传统的平面计算方法同样无法考虑。

随着计算机技术的高速发展，各种复杂的空间结构计算分析软件大量涌现并且逐渐为设计人员所采用。MIDAS Civil是一款通用的空间有限元分析软件，可适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、飞机场、大坝、港口等结构的分析与设计。MIDAS Civil结合国内规范与习惯，在建模、分析、后处理、设计等方面提供了很多便利的功能。其主要特点如下。

提供菜单、表格、文本、CAD导入和部分其他程序文件等灵活多样的建模功能；提供中国、美国、英国、德国、日本等国家的材料和截面数据库、混凝土收缩和徐变规范、移动荷载规范；提供桁架、一般梁/变截面梁、平面应力/平面应变、板、实体单元等工程实际所需的各种有限元模型；在后处理中，可根据设计规范自动生成荷载组合，也可以手动添加和修改荷载组合；可以输出各种反力、位移、内力和应力的图形、表格和文本，提供静力和动力分析的动画文件等。

该文即采用MIDAS Civil对湛江东海岛某高桩梁板码头进行结构计算分析。

1 工程概况

湛江东海岛某码头总长392 m，宽36.8 m，码头面顶高程7.5 m，前沿设计底高程为-10.7 m。

码头采用高桩梁板结构，共分5个结构段，每个结构段长78.4 m，排架间距9 m。

桩基础采用φ1.2 mPHC桩与φ1.0 m钢管桩组合方案。每个排架下设置8根桩，含一对叉桩与6根直桩，叉桩斜率5∶1；其中叉桩为钢管桩，直桩为PHC桩。所有桩端以粗砂层作为持力层。

码头结构采用正交梁板体系，横梁纵梁均为梯形截面，梁高2.5 m，宽1.2 m，面板厚0.55 m。

码头附属设施采用1 500 kN系船柱与SC1450H两鼓一板标准反力型橡胶护舷，系船柱间距27 m，橡胶护舷间距18 m。

2 建立模型

结合工程实际情况，码头的纵横梁、面板、桩帽之间的连接方式采用刚性连接，从而使码头的上部结构形成一个整体；桩帽与下部桩基的连接方式采用固接；桩基底端嵌固。

码头各构件截面按照实际尺寸进行建模，面板、横梁、纵梁的中性面、中性轴按实际高程考虑。桩基采用假想嵌固点法，根据地质土层参数计算假想嵌固点高程。建模时，码头面板采用板单元，其余构件均采用梁单元，有限元模型如图1所示。

3 荷载工况

3.1 自重

码头纵横梁、面板等结构自重，由软件根据结构尺寸及容重自动计算。

3.2 均布荷载

码头前沿线往后3～13.5 m范围内：20 kPa；码头前沿线往后13.5～29 m范围内：30 kPa；码头前沿线往后29～36.8 m范围内：60 kPa。

3.3 撞击力

橡胶护舷最大反力1 872 kN，受力排架为第三个和第五个。

3.4 系缆力

系缆力标准值为1 500 kN，系船缆夹角按照现行港口荷载规范取值。

3.5 波浪力

码头结构所受波浪力包含以下3部分：（1）波浪对桩基的作用；（2）波浪对码头正面横梁、靠船构件的作用；（3）波浪对码头上部结构的浮托力。

3.6 卸船机

1 800 t/h卸船机，轨距26 m，基距18 m，4个支腿，每腿10轮。

工作状态：海侧轨最大轮压480 kN/轮；陆侧轨最大轮压410 kN/轮。

非工作状态：海侧轨最大轮压400 kN/轮；陆侧轨最大轮压840 kN/轮。

海侧轨距码头前沿线3 m。

3.7 门机

40t-40m门机，轨距10.5 m，基距12 m，4个支腿，每腿8轮。

工作状态：海侧轨最大轮压390 kN/轮；陆侧轨最大轮压260 kN/轮。

非工作状态：海侧轨最大轮压380 kN/轮；陆侧轨最大轮压440 kN/轮。

海侧轨距码头前沿线3 m。

3.8 荷载组合

（1）永久作用+均载+卸船机（工作状态）+系缆力；（2）永久作用+均载+门机（工作状态）+系缆力；（3）永久作用+均载+撞击力；（4）永久作用+均载+卸船机（非工作状态）+波浪力；（5）永久作用+均载+门机（非工作状态）+波浪力；（6）永久作用+均载+波浪力。

4 計算结果分析

将上述荷载及组合工况输入MIDAS Civil三维模型，对码头进行整体数值分析后得出计算结果如表1所示。与使用易工软件进行平面计算的结果进行验证，结果显示桩力分配较为均匀合理，各构件内力均在承载力范围内，满足使用要求。

5 结语

综上所述，采用MIDAS Civil三维有限元软件对高桩梁板码头进行整体结构内力分析，具有精度高、计算结果显示直观生动、效率高等优点且得出的计算结果更为准确合理，可作为同类型实际工程设计的参考。

参考文献

[1] 成小飞.MIDASCIVIL在高桩码头承载能力计算分析中的应用[J].山东工业技术，2015（11）：158-159.

[2] 董华钢.高桩码头设计按空间与平面计算方法的比较[J].水运工程，2001（9）：36-37.

[3] JTS 167-1-2010，高桩码头设计与施工规范[S].