实例探析某码头结构设计与数值模拟

王鑫

摘要：通过某码头的结构工程设计，实现了码头的结构设计，并采用规范的方法对其稳定性进行了检验。同时，采用ANSYS有限元分析软件建立码头模型，检查码头的稳定性和安全性以及各部件的响应分析，并对结构进行了优化建议。

关键词：沉箱码头；结构设计；有限元法；响应分析

1 工程简介

该港区具有明显的地理优势。它不仅位于渤海经济区与东北经济区的交界处，而且是东北三省离内蒙古腹地最近的河口。低运输成本的优势使其具有更大的发展空间。

港口年平均气温10°C，水流流速每秒约1m，一般水流方向与船舶纵轴几乎平行；有防波堤防护。设计高水位4.25m，设计低水位0.19m，极端高水位5.32m，极端低水位-0.502m。

2 码头结构设计

2.1 码头高程确定

根据水位资料，确定码头高程设计参数，码头前沿设计水深8.0m，码头前沿顶高程5.75m，码头前沿底高程-7.81m。

2.2 码头结构的确定

沉箱长14m，沉箱高10m，胸壁高3.56m，沉箱宽7m，包括前束和后束各1m悬臂。沉箱的纵横隔墙应对称布置。沉箱各部分的具体尺寸如图1和图2所示：

2.3 码头结构计算

码头各水位下作用分布见图3和图4。

3 有限元模型的建立

沉箱采用Shell181单元，箱壁采用Solid65。将沉箱和胸壁视为线性弹性材料。这张床是一个45单位的纯色床。床下基础为粉质粘土，采用D-P弹塑性模型。如图5所示。

作用在码头模型上的力是结构自重，在该设计中，仅考虑两种组合，一种是在高水位下系泊力的非主导变量作用的效果组合，另一种是在低水位下非主导变量作用的效果组合。根据每种组合中载荷的大小，位置和方向，将其应用于结构模型。

4 結论

4.1码头稳定性方面

4.1.1抗倾抗滑稳定性分析

基床表面和沉箱底部之间的摩擦系数是0.6。码头的抗滑分析显示最大摩擦力大于水平应力之和，表明码头结构不会向海洋移动，从而满足防滑要求。

4.1.2 码头位移方面

码头结构自上而下位移逐渐减小，胸壁水平位移最大，为1.75cm，前趾位移最小，为0.66mm，说明整个码头有前倾的趋势，与规范方法的结果一致。对比两幅图，设计在低水位时的水平位移变化比设计高水位时的水平位移变化更为显著，说明码头结构设计高水位时比设计低水位更为稳定。

4.1.3 基床及地基承载力分析

（1）基床承载力，基床底面最大应力满足承载力要求。

（2）地基承载力，最大应力满足承载力要求。

4.2 码头各部件的响应

仔细观察码头的组成部分包括胸墙、沉箱侧板、隔墙和从上到下的底板。会发现码头的各部件响应是有所不同。

4.2.1 横纵隔板受力的不同

在实践中，我们可以通过计算纵隔壁的加固来避免由前后仓库的不同储存压力造成的纵隔壁损伤，而横壁可以平衡前后仓库的储存压力，所以在满足施工加固时，尽可能减少不必要的加固。

4.2.2 侧板受力分析

由于筒仓压力的影响，侧板上有明显的应力变化，离仓中心越近，应力越大。最大应力不超过混凝土材料规定的抗拉强度。

参考文献

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[2]王建林.南充港多用途码头一期工程电气设计[J].中国水运（下半月），2017，17（03）：95-96+99.

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[4]聂丽娜.泸州港多用途码头二期工程景观环保设计分析[J].绿色科技，2015（10）：126-128.

（作者单位：黑龙江省航务勘察设计院）