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。     

撞击力作用下拱式纵梁码头排架受力特性分析

简述了拱式纵梁的码头结构形式,分析了船舶撞击力作用下结构横向受力特性,通过ANSYS有限元分析平台建立了该结构的空间计算模型,以码头的一个结构段为例,对撞击力作用下码头排架的受力特性进行了分析研究。结果表明：由于结构的特殊性,撞击力作用于排架时,周边排架仅能承受10％左右的横向荷载;从结构角度来说,可适当增强纵向联接,以增大横向刚度,提升整个结构的水平承载能力。在纵梁简支条件下,撞击力作用时的结构计算可简化为平面问题。结果可为拱式纵梁结构在码头工程中的应用提供依据。     

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%。     

高桩码头梁格空间通风孔设置对盐雾消散的影响

海洋环境下高桩码头梁格空间盐雾集聚极易使码头纵横梁混凝土结构发生腐蚀,对码头结构的耐久性造成不利影响。运用有限元软件ANSYS流体动力学CFD模块,建立高桩码头梁格空间三维模型,通过改变不同的纵梁开孔方式,分析高桩码头梁格空间底部盐雾易集聚区域的风速和压强变化规律,对比不同开孔方式对盐雾的消散效果,并对开孔方式进行优化。结果表明,纵梁设置通风孔能有效改善梁格空间的气流分布,孔布置在纵梁两端距离横梁1.2 m时,对盐雾的消散效果最明显。     

风流主导因素下码头轴线方位优化

码头轴线方位角直接影响系泊船舶对码头结构作用的大小,从而影响结构设计要求,因此对码头轴线方位角进行优化分析十分必要。基于实际工程算例,提出风流环境荷载作用下码头最优方位角的确定方法即分层流要素确定法,并与设计中常用的垂线平均流向法、船舶吃水范围平均流向法进行比较分析。同时,研究船舶荷载的主导因素与流速及码头方位角之间的关系。结果表明：３种方法优化得到的最优方位角是有区别的,区别大小与流速分层要素分布关系密切,鉴于分层流要素法更能贴近实际流状态,对于大型开敞式码头结构,推荐采用分层流要素分析法综合确定码头轴线最优方位角。     

高桩码头二次受碰损伤发展的三维数值模拟分析

本文采用混凝土损伤本构模型,对码头受船舶垂直碰撞作用下动力响应与裂纹扩展过程进行了数值模拟分析。码头上部结构受船舶碰撞后裂纹从横梁底部开始扩展至面板和纵梁,面板的裂纹总数最多,根据裂纹分布特点可以对码头上部结构进行优化设计。二次碰撞后码头上部结构裂纹进一步扩展,累积效应明显,裂纹扩展分布范围的预测可以为受碰撞码头的安全评估和加固修复做参考。     

老旧液体散货码头改扩建设计特点

结合宁波协和码头改建项目一期工程,介绍20多年前竣工后闲置的一座码头的改扩建设计。对已建结构复核分析后,认为原安全系数法（K值法）与现行极限状态设计方法的安全性水平保持总体相当。结合码头现状,采用系泊分析优化改扩建后的码头平台长度及系缆墩布置。码头上部结构采用无纵梁、变厚度板的布置形式,解决了工作平台工艺荷载区域差异大、布置复杂的难题。并通过油污收集改造解决环保问题。     

高桩码头纵梁裂缝成因分析与对策

对高桩码头纵梁的裂缝进行了调查和检测,对码头在外荷载和温度、收缩、不均匀沉降变形作用下的结构受力进行了分析,判断形成此类裂缝的主要原因是温度变形作用。提出采用纵向整体预应力和新建码头纵梁中部适当增加纵向钢筋等措施,来减轻温度变形作用的危害。     

复杂水动力条件下大型开敞式码头轴线的确定

对20万吨级以上、动力要素十分复杂的海域，码头轴线的确定需要考虑船舶对码头结构的作用、码头可作业天数及作业效率、航道引水靠泊作业等多种要素。以大连矿石专用码头工程为背景，通过物理模型试验，系统测量了波浪、潮流、风等动力要素耦合作用下的船舶对码头结构、系缆设施及护舷的作用；给出了波浪和潮流不同夹角时船舶系靠泊状态下的运动量及缆绳拉力的变化规律。通过对水文资料及水动力试验结果的综合分析，考虑航道引水靠泊作业之要素，优化确定出码头轴线方位，该结果可为同类码头工程设计提供参考。     

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。     

竖向转体军用梁拱架在大跨度拱桥中的应用

通过计算军用梁刚拱架在转体各阶段、拱肋混凝土分环分段各工况内力和位移分析,介绍了一种新型大跨度钢拱架的结构设计,拓展了六四式军用梁的又一新的使用领域,并结合石羊河大桥军用梁半钢拱架竖向转体及滑轮组和卷扬机配合使用的实施过程,探讨了有支架施工在水库、深沟峡谷中公路拱架施工的优越性。     

软土地基上板桩码头结构方案研究

以某软土地基上的板桩码头工程为例,采用地下连续墙作前墙、混凝土梁连接前后桩基的设计方案。考虑到软土地基的材料非线性,地基土体采用邓肯-张模型,并使用有限单元法分析板桩码头各构件的应力分布规律和变形特点。另外,采用多种方案对比的方法对码头结构设计方案中的前墙入土深度和两排PHC桩基的桩长进行研究。分析前墙入土深度和PHC桩长对板桩码头位移和内力的影响,并给出前墙入土深度和PHC桩长的优化结果,为工程实践中板桩码头的结构优化设计提供依据。     

3万吨级全直桩梁板式集装箱码头施工技术

孟加拉吉大港新锚地集装箱码头为全直桩梁板式结构,该码头设计船型为3万吨级。在此之前,国内全直桩梁板式码头的设计船型均未达到3万吨。该码头设计新颖,对施工要求较高。文章介绍了该码头桩基,箱梁,梁、板,面层及附属结构的施工技术和质量控制。     

基于拓扑优化的油船货舱结构设计研究

研究油船货舱结构拓扑优化设计和普通构件级结构拓扑优化设计的不同点:如设计变量数目多、约束条件多、计算工况多以及计算工况之间应变能差异等。为使普通计算机也能运行舱段结构拓扑优化计算并得到清晰拓扑构型的结果,有必要对舱段拓扑优化设计的优化对象、单元类型、初始板厚、工具方法、约束条件、体积分数、工况加权权值等主要控制参数进行研究。文中给出工程上适用的舱段拓扑优化基结构建模方法和计算方法,并以某一单纵舱壁型VLCC为例,分别采用SIMP法和BESO法给出舱段主要支撑结构拓扑优化的清晰构型。     

Multi-objective topology and size optimization of high-speed vehicle-passenger catamaran structure by genetic algorithm

Ship structural design has become recently an ever more important and difficult task, because it should always take into account several estimation criteria which are a crucial element of shipyard management, as the hull structural strength is one of the most important factors of overall ship safety, and the total cost of structural materials used for the construction of a ship is a significant part of her total construction cost. Simultaneously, a complete definition of the optimal structural design requires a formulation of size-topology-shape-material optimization task unifying the optimization problems from these four areas and giving an effective solution of this problem. So far, a significant progress towards a solution of this problem has not been achieved. An objective of the underlying paper was to develop an evolutionary algorithm for multi-objective optimization of both topology and scantlings of structural elements of large spatial sections of ships. In the paper an evolutionary algorithm where selection takes place based on the scalar objective function is proposed and applied to solve the problem of structural elements weight and cleaned and painted surface area on a high-speed vehicle-passenger catamaran structure with several design variables, such as plate thickness, scantlings of longitudinal stiffeners and transverse frames, and spacing between longitudinal and transversal members. The results of numerical experiments with the use of the developed algorithm are presented. They show that the proposed genetic algorithm can be an efficient multi-objective optimization tool for simultaneous design of the topology and sizing of ship structures.