基于ANSYS/LS-DYNA的水平荷载作用下拱式纵梁码头叉桩布置研究

拱式纵梁码头作为一种适用于深海的新型码头形式,其受力特性和部件结构需进行相关计算分析。文章基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,通过p-y曲线理论所建立的土弹簧模拟桩土相互作用,建立了拱式纵梁码头结构三维有限元数学模型。计算并分析了船舶水平撞击力作用下,叉桩扭角角度和叉桩布置位置分别对该码头结构受力特性的影响程度。研究结果表明:设置叉桩可有效减小码头的整体水平位移,在必要工程中拱式纵梁码头设置叉桩是必要的,且叉桩扭角取15°能充分发挥码头各部件受力性能,可定为最优扭角角度;拱式纵梁码头在受到船舶撞击力作用时,基桩与墩台连接处、墩台与上部结构连接处易发生应力集中,施工时应进行局部加固处理,预防连接段的应力损伤。文章的研究成果可为拱式纵梁码头今后的实际工程应用提供依据。     

高桩码头在船舶撞击力作用下的应变监测研究

为了得到合理准确地监测上海港口高桩码头的方法,用有限元软件ANSYS计算分析高桩码头在船舶撞击力作用下的应变情况。根据ANSYS分析结果得到码头结构中的大应变危险点,并在现场进行实测。实测数据与ANSYS模拟结果数据的对比表明,船撞力作用下码头受力趋势相近,各榀排架空间作用明显。     

高桩码头前后沿同时系靠泊ROBOT数值模拟

高桩码头前后沿同时系靠泊会增加后沿船舶撞击力,使码头结构的横向位移及桩基内力发生变化,针对其受力特点,采用ROBOT对两侧系靠泊的高桩码头受力特性和变形进行数值模拟分析,验证了ROBOT对实际工程计算的适用性。通过较为完整的荷载组合计算分析,指出:对于两侧系靠泊的高桩码头后沿撞击力的增加使码头的横向位移变大,且对直桩的弯矩和剪力影响很大,在设计中应引起足够重视。     

金华江重力式码头三维数值模拟分析

结合金华江航道特性和现存重力式码头结构建立三维模型,通过对桩基承载特性进行研究,分析结构的稳定性。计算不同荷载状况下桩基的位移曲线和码头面板的位移曲线,分析撞击力和系缆力分别作用时对码头结构的整体受力变形的影响。     

应变能法在框架码头传力途径中的应用

基于应变能的基本原理,建立框架码头三维有限元模型,计算结构在弹性工作状态下对应5种撞击力工况的应变能。结果表明:水平力沿码头横向的主要传力途径为直接受力构件→相邻横向构件→前排或后排桩基,沿码头纵向的主要传力途径为直接受力构件→离作用位置最近的纵向构件;撞击力作用在高水位时结构储存的应变能最大,因此建议在高水位工况下进行结构稳定性验算;码头结构外围的构件应变能较大,特别是前、后排桩基、靠江侧横向构件以及与后排桩基相连纵向构件,即力主要通过码头结构的外围构件进行传递,设计中应将上述构件作为控制构件进行设计。     

深水大跨码头结构研究

通过对我国港口现状的分析,对高桩码头上部结构改革状况的研究,提出了适应深水大跨要求的悬链线拱式纵梁码头结构型式。该结构能充分利用拱结构的跨越能力和钢筋混凝土的抗压性能,大幅度增加码头的排架间距,减少水下工程量,进而降低工程造价。与上海港洋山港区三期工程的普通纵梁结构相比,该结构排架间距可增大到28 m,基桩数量和水下施工工程量明显减少,工程造价降低23%。     

深水大跨码头结构研究

通过对我国港口现状的分析,对高桩码头上部结构改革状况的研究,提出了适应深水大跨要求的悬链线拱式纵梁码头结构型式。该结构能充分利用拱结构的跨越能力和钢筋混凝土的抗压性能,大幅度增加码头的排架间距,减少水下工程量,进而降低工程造价。与上海港洋山港区三期工程的普通纵梁结构相比,该结构排架间距可增大到28 m,基桩数量和水下施工工程量明显减少,工程造价降低23%。     

LNG船与高桩码头碰撞的力学特性

基于有限元方法研究LNG船与高桩码头碰撞过程的受力特性,基于ANSYS/LS-DYNA软件建立LNG船和高桩码头的结构模型,数值仿真了不同撞击速度、撞击角度时LNG船与高桩码头的有效应力与撞击力,分析撞击过程结构的受力特性.针对撞击力,对比分析不同规范计算结果与软件计算结果,结果表明,《AASHTO桥梁船舶撞击设计指南》计算结果与软件计算结果吻合较好,实际中可采用该规范初步估算LNG船与高桩码头的撞击力.     

撞击力对大水位差框架码头空间排架结构的影响

本文依托重庆港江津港区珞璜作业区改扩建工程,采用Midas空间有限元软件,对长江上游地区典型的大水位差框架直立式码头进行三维空间数值建模计算,假定其他各工况荷载不变,在不同撞击力作用位置工况下,通过汇总各空间排架的剪力值增量与撞击力的比值表示水平撞击力对各空间排架的影响系数,分析探讨了码头纵撑、横撑、桩径对各空间排架承受船舶撞击力作用的影响情况。     

高桩码头端部排架桩基布置

高桩码头横向排架内力通常简化为平面结构进行计算，但码头端部的排架作为艏艉缆绳的受力排架或受制于相邻结构的影响，其桩基布置往往不同于其他排架，平面计算并不能准确反映端部排架的受力和变形。结合鱼山出灰码头桩基布置设计实例，采用平面计算法和空间计算法对水平荷载作用下码头结构分段端部排架不同桩基布置方案进行对比分析，得出不同计算方法及不同桩基布置下各排架桩基内力和变形计算结果的差异。结果表明，对于对称性水平荷载，平面计算的桩基轴力结果与码头结构分段端部自由的端部排架桩基轴力结果基本相当；对于非对称性水平荷载，平面计算的桩基轴力结果普遍大于空间计算的结果；端部排架布置双排桩加强后，码头结构的位移会有一定程度减小。     

高桩码头横向分力在各排架的分配

高桩码头设计是按弹性支承刚性梁法计算横向分力在各排架上的分配。但随着大直径桩的应用,桩基的水平刚度可比过去传统的小直径方桩增大许多倍,有些特殊的长分段码头其分段长度与平台宽度之比很大,是否无论码头分段多长、平台多窄、桩基如何选型及布置都能按刚性梁法计算分配排架横向分力？对此进行研究,解决了以下2个问题：1）在什么条件下可采用刚性梁法,在什么条件下应采用弹性梁法;2）当平台截面与排架水平刚度一定时,分段超过多少跨后,对减小排架承担的船舶撞击力或系缆力影响不大。有助于设计判断采用哪种计算方法,并从有效减小排架横向分力的角度上考虑确定不宜超过的分段跨数,可供设计参考。     

高桩梁板式码头空间结构计算中忽略面板作用的方法

针对最新颁布的《高桩码头设计与施工规范》中的建议——高桩梁板式码头按空间结构计算时,宜忽略面板的作用来计算纵梁和横梁的内力,选取湛江某高桩码头工程的一个结构段为工程实例,采用有限元分析软件ANSYS建立多种空间结构计算模型,研究两种忽略面板作用的建模方法,并通过对比各模型的计算结果,分析高桩梁板式码头空间结构计算中面板刚度发挥的作用。对比结果表明:把面板的弹性模量设成一极小值是高桩梁板式码头空间结构计算中忽略面板作用较为简便且可行的方法,为高桩码头设计者提供了参考。     

叉桩扭角对高桩码头抗震性能影响分析

以高桩码头双轴对称桩基码头结构段为研究对象,建立空间有限元模型,采用振型分解反应谱法对水平地震作用横向、纵向输入进行了地震动力响应分析,对比分析了叉桩扭角变化对结构响应的影响,讨论了纵向斜桩对结构抗震性能的影响。计算结果表明:横向水平地震作用下,除桩轴力外,其结构的响应随着叉桩扭角的增大而增大;纵向水平地震作用下,桩轴力随扭角的增大而增大,其他结构响应则随扭角的增大而减小;纵向水平地震作用下结构的动力响应较大,增加纵向斜桩能更好的抵抗纵向水平地震荷载,但增加纵向斜桩其最大桩轴力响应将较无纵向斜桩时增加较多。     

转动刚度对水平力在高桩码头排架中的分配影响研究

针对水平集中力在高桩码头排架中的分配问题建立新的简化模型,给出模型求解方法。确定水平集中力的横向分力在各排架中的分配时,可将码头上部结构在水平方向视为一个刚性连续梁,而排架对上部结构除了水平约束作用,还有转动约束。由此,提出排架转动刚度系数的概念及计算方法,修正规范假定的计算简化模型,并推导出水平力在高桩码头排架中的简化分配公式,此公式对有斜桩的高桩码头同样适用。结果表明,与规范相比,用简化公式计算全直桩码头的水平力分配系数精度更高,可以更好地节省材料、降低成本,为结构设计和规范修订提供参考。     

波浪上托力作用下高桩码头结构的动力分析

通过有限元计算软件ANSYS,对波浪上托力作用下高桩码头结构进行动力分析。研究结果表明：波浪缓变压强 作用下,采用动力计算和采用静力计算得到的码头结构各处的内力基本相同,波浪缓变压强可等效为静力来计算码头结构 内力;波浪冲击压强作用下,采用动力计算得到的码头结构内力明显小于静力计算结果,波浪冲击压作用下的高桩码头结构 宜进行动力分析;由于波浪上托力频率与码头结构自振频率相差甚远,因此其作用下的高桩码头结构不会产生共振现象。     

拓扑优化技术在拱式纵梁码头结构中的应用

近年来,结构拓扑优化设计已成为结构优化研究领域的热点。针对新型的拱式纵梁码头结构,基于ANSYS有限元理论,采用拓扑优化方法对拱式纵梁的拱轴线线型进行选择,将得出的拱轴线应用于拱式纵梁码头结构中。通过实例证明了拓扑优化生成的拱轴线的合理性及其在工程应用中的可行性。     

桩基布置对高桩码头撞击力分配的影响

通过建立包含船、护舷、码头的有限元模型,给定船舶的靠泊速度模拟了船舶靠泊的全过程,得到更符合实际情况的船舶撞击力变化曲线和码头结构的动力反应。研究发现因为叉桩扭角的影响,横向的船舶撞击力在码头较薄弱的纵向也会产生较大的纵向力,最大可达撞击力峰值的6%~8%,这是规范所不曾考虑的。通过对比5种不同的桩基布置方式的分配系数,可得出全对称布置方式优于非对称布置方式的结论。     

框架集装箱码头多点激励响应分析

通过对寸滩集装箱码头结构多点激励反应有限元数值模型分析,详细计算了码头结构在地震作用下的动位移及各构件的内力情况,同时通过对计算结果的比较分析来评价结构的整体动力工作效应,从而达到验证和优化工程设计以及为相关设计积累设计经验的目的,也为了进一步掌握集装箱码头的动力承载性状,并将这种先进的码头形式向其它地区推广.