基于无基准动态位移监测的江苏某高桩码头变位特征与安全预警*

高桩码头服役环境复杂，船舶与门机等可变荷载作用下结构变位安全问题突出。然而，高桩码头通常不具备参照基准，且在离岸严苛条件下服役是常态，动态位移监测成为挑战。采用码头无基准动态位移监测技术，对江苏某高桩码头进行实时位移监测。详细分析门机作业和船舶撞击条件下码头位移响应规律，基于码头适用性、安全性提出该码头的两级预警指标。结合数值仿真计算，提出该码头不同吨级船舶靠泊建议。研究表明：门机的作业位置是影响码头位移响应大小的直接因素。码头第一结构段在船舶撞击作用下，因引桥等边界条件的影响，导致A2监测点的位移响应在X、Y方向上均较大。一级预警指标由码头主要荷载作用组合的最大值推算，位移响应值为15.39 mm。二级预警指标由混凝土抗拉极限应力值为评判标准，位移响应值为19.14 mm。相应地，1万吨级船舶靠泊时法向速度不应超过0.19 m/s，5 000吨级船舶靠泊时法向速度不应超过0.22 m/s。     

船舶撞击力作用下高桩码头桩基承载力的试验

为加强港区高桩码头安全管理,对码头泊位进行靠泊试验,研究船舶撞击力下高桩码头的桩基承载力,同时对码头桩基承载力进行复核计算,结果表明:无损检测码头桩基基本完好;在船舶撞击力作用下,码头桩基承载力满足规范要求,安全性较好;船舶靠泊平稳,码头能够承受所观测吨级减载船舶的荷载。     

高桩码头结构安全监测预警模型及工程应用

高桩码头结构在服役期内会出现不同程度的损伤,导致码头结构安全性降低。为保证码头长期安全运行,可通过实时监测确定码头运行状态并及时预警。提出一种高桩码头结构安全监测预警模型,采用不同结构状态的设计控制值作为不同级别的预警阈值,每级预警阈值对应不同的风险程度,针对不同级别的预警提出相应处置措施。将该预警模型应用于南京港某高桩码头的安全监测,对可变荷载作用下码头结构位移和桩基应变进行实时监测,并计算设置码头结构位移和桩基应变三级安全预警阈值。结果表明,码头安全预警阈值的设置及安全告警的应对措施科学有效,实现了码头结构全工况整体技术状态评估和安全预警。     

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。     

基于ABAQUS的斜桩-重力式结构靠泊撞击力

通过有限元软件ABAQUS对船舶靠泊撞击作用下的斜桩-重力式结构进行动、静力响应研究,对比结构响应的异同,得到了靠泊撞击力作用下结构的位移放大效应,并探讨不同有效撞击能量下的放大效应变化规律。研究表明,相同有效撞击能量作用下的复合结构撞击力动力放大系数也相同;在进行斜桩-重力式结构设计时,当船舶有效撞击能量大于1 350.4 k J时,靠泊撞击力分项系数按规范取1.5偏小;当设计船型为30万吨级油船时,推荐靠泊撞击力分项系数取2.12。     

基于现场监测数据的高桩码头结构受荷响应研究*

为完善高桩码头结构在实际复杂运营环境中的受荷响应研究,基于某高桩码头现场监测数据,结合船讯网、现场监控以及监测系统多方位信息融合技术,对高桩码头结构的受荷响应进行分析。结果表明,多方位信息融合技术能够高效准确地判断并识别船舶靠泊监测节点,靠船撞击力较为符合右偏的对数正态分布;PHC管桩应力响应受码头上部岸桥荷载影响明显,同时地基土体约束使泥面下方桩基的应力响应相较于上方桩基出现滞后现象;岸桥移动过程中横纵梁应力监测数据变化明显,且对岸桥荷载作用位置较为敏感。     

定位桩式游艇码头在波浪及靠泊作用下的动力响应

游艇码头在国内是一种较新的结构形式,为便于上下游艇,游艇码头为浮动式结构,定位桩是应用较多的一种锚固形式。由于全直桩情况下水平荷载引起的位移较大,浮码头自身质量又较小,在受到简谐波浪荷载或船舶靠泊撞击的冲击荷载时,易引起码头结构的动力响应,从而增加了定位桩的内力、降低了结构安全性。在强迫动力响应理论基础上,结合有限元的方法分析定位桩式游艇码头在波浪荷载及靠泊撞击力下的动力响应,并推导出适合游艇码头结构段使用的简化计算方法,为设计工作提供了依据。     

冲击荷载作用下高桩码头结构的动力响应分析

采用数学理论推导与动力时程仿真计算相结合的方式,对靠泊船舶撞击作用下高桩码头结构的动力响应及动力放大效应进行了研究,获得了多自由度结构在单点冲击荷载作用下的动力响应公式,推荐了数值计算时船舶撞击荷载的时程曲线类型及持时,获取了船舶靠泊撞击荷载下高桩码头结构的动力放大效应规律。计算与分析结果表明:码头结构设计时船舶撞击荷载的取值应充分考虑码头结构的动力放大效应;靠泊船舶撞击下的高桩码头结构对撞击荷载的动力放大系数推荐为2.0。     

三角靠船钢管桩簇在斜向船舶撞击力作用下的受力分析

针对小型船舶的斜向靠泊问题,根据英国标准Maritime Structures-Part 4:Code of practice for design of fendering and mooring systems(BS 6349-4:1994)得到了该情况下船舶撞击能量的计算方法。以广州珠江某码头中三角靠船钢管桩簇为例,探讨该结构在不同角度斜向船舶撞击力作用下的桩身性状变化规律,结果表明:当船舶斜向靠泊时,沿切向的撞击力不可忽略;对于该工程实例中的钢桩簇而言,船舶撞击力合力、桩身最大应力以及桩顶最大位移随船舶撞击角度的变化均呈现出"先增后减"的趋势,计算得到该工程实例中斜向靠泊的最不利船舶撞击角度参考值约在20°~22°。建议在类似工程设计时应充分考虑到船舶斜向靠泊问题的重要性,保证结构的使用安全。     

船舶撞击码头动力响应有限元分析

以3万吨级船舶以较快速度平行靠泊高桩码头为例,对不同方法计算出的最大船舶撞击力进行比较分析。应用有限元方法对船舶撞击码头的过程进行了数值模拟,根据码头结构产生的最大拉、压应力和混凝土强度破坏准则判断码头的损伤情况,由此确定码头升级改造的可行性。     

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。     

高桩码头结构安全评价指标及其敏感性分析

针对高桩码头结构损伤引起的安全性评价问题,提出将宏观层面的横向位移、桩顶转角和微观层面的桩身应变作为高桩码头结构的安全性评价指标。基于工程实际建立了高桩码头结构的有限元分析模型,并与现场实测动力特性数据进行了对比验证;结合有限元模型和概率方法研究了高桩码头结构安全性能性能评估指标及其敏感性规律;得出宏观安全指标与桩的结构参数、强度参数以及土体参数有较大的相关性,微观安全指标只对桩的有效截面积及局部强度敏感。研究成果可为高桩码头结构损伤预警和状态评估提供依据。     

撞击力下柔性靠船桩高桩码头横向变形分析

柔性靠船桩高桩码头是由靠船桩、护舷和桩台组成的一个结构系统。针对柔性靠船桩高桩码头桩台承受撞击力的情况,通过分析桩、护舷及桩台的受力及变形,利用桩顶处力的平衡条件和位移协调条件进行数学公式推演,导出了该系统横向变形的计算表达式,给出了表达式中相关系数的计算方法,并阐述了该表达式的迭代解法步骤。研究成果可为相关结构的设计及规范修订提供参考。     

定机移船码头的靠船桩系统计算方法

定机移船码头结构由装卸平台、移船平台和设置于平台前沿的靠船桩组成。其中靠船桩在靠泊过程中承受船舶撞击力并将其传递给后方橡胶护舷和码头平台,结构受力形式复杂,为码头设计的关键,现有规范和手册没有相应的计算方法。针对该问题,着重论述了靠船桩的设计特点;通过把护舷压缩过程简化为理想弹塑性变形、将靠泊过程分为3个阶段分别分析其受力状态;并利用能量守恒的原理,建立了系统受力、位移和吸能的方程组;总结了一套简化计算方法,并通过实际工程加以检验。     

菲律宾马利万斯2×300 MW燃煤电厂码头水工结构设计要点

针对境外开敞海域和强震区域码头结构设计的难点,以菲律宾马利万斯2×300 MW燃煤电厂码头工程为例,对结构承受波浪荷载及地震荷载特点进行分析,对不同工况下结构位移限制标准进行差异化选择,研究胶结地质对桩基适应性的影响,确定采用带下层靠系船平台的全直桩冲孔灌注桩码头结构形式。结果表明,该设计方案适应大浪、强震的环境影响,基础对地质条件适应良好,码头运行时结构位移控制良好。     

大型公务船码头护舷选型及布置

大型公务船泊外形与普通散杂货、集装箱船舶差别较大,靠泊船型外形轮廓对码头护舷选型与布置影响较大。福建沿海某公务船码头原护舷选型及布置未充分考虑公务船外形及大水位差影响,实船试靠时护舷不满足安全靠泊需要。通过广泛调研,并吸收借鉴类似码头护舷布置经验,对该码头护舷进行了适当的改造。主要在码头面上设置靠船立柱,配置转动式橡胶护舷,经过实船涨退潮周期靠泊验证,总体使用效果良好。该码头护舷改造为大水位差地区大型公务船泊位护舷选型及布置提供了一定的借鉴。     

高桩码头异常靠泊有限元仿真模拟

船舶大型化、靠泊作业频繁、管理漏洞以及某些不可抗力因素造成异常靠泊事故时有发生。目前,码头在异常靠泊情况下的受力及位移特性尚不明确,损伤评估缺乏理论基础,为使现场检测更有针对性,利用ANSYS有限元结构分析软件建立了受损码头的数学模型,考虑了桩土间相互作用及橡胶护舷对碰撞的缓冲作用。将模型碰撞损伤结果与码头实际受损情况进行对比,简要分析了碰撞中部分结构受力极值的相对关系和位移情况。结果表明：在该碰撞实例条件下,模型运行基本可反映异常靠泊发生时高桩码头结构损伤情况。     

上海港外高桥二、三期码头结构升级改造设计

上海港外高桥二、三期港区要从原靠泊等级5万t级集装箱泊位升级成靠泊等级10万t级集装箱泊位。对原码头平面布置及结构现状进行分析,结合靠泊作业及结构安全性的要求,研究码头升级改造的可行性。提出两种改造方案。经比选后采用打斜钢管桩法,并对陆域斜桩施工难点进行分析、验算桩架稳定性。完成该码头结构升级改造设计。     

游艇码头定位桩桩长的确定方法

针对温州瓯江港区浮式游艇码头在接近35 m淤泥质土的地质条件下全直定位桩桩长确定和地基承载能力的问题,采用数值模拟方法,在波浪力和水流力作用下,对不同定位桩长的码头结构进行三维全尺度数值模拟分析和地基承载力校验,得到不同定位桩长的剪力和弯矩的内力分布特征、桩顶最大位移、桩身最大应力随不同桩长变化趋势。再根据定位桩自重和桩侧土极限侧摩阻力标准值确定桩底应力,与地基承载能力进行对比分析。研究表明,对于类似工程,可采用以地基承载力和桩顶位移为主、以桩身应力控制为辅助的控制方法来确定桩长。