肋形板梁式液体化工码头桩台结构研究

（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北 武汉 430071）

肋形板梁式液体化工码头桩台结构研究

赵宇，冯美果，杨玉勤

（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北 武汉 430071）

针对液体化工码头桩台无有轨装卸设备荷载、竖向使用荷载小且水平荷载较大的特点，提出了肋形板梁式液体化工码头桩台结构。通过计算分析及构造处理可以得出，肋形板梁式结构是一种安全可靠、整体性好、预制安装程度高、施工快捷且造价较省的结构形式，具备良好的应用前景，可为实际工程提供一种供比选的结构形式。

肋形板梁式结构；上部结构；液体化工码头；高桩码头

高桩码头是我国港口工程水工建筑物主要形式，其结构形式较多，以板梁式应用最为普遍，广泛应用于沿海和内河港口[1]。

液体化工码头采用高桩结构形式较多，平面通常布置成引桥连片式或墩式。引桥连片式高桩码头由桩台、引桥和接岸结构组成（也有在桩台两端设置系缆墩的实例）；墩式高桩码头由工作平台、靠船墩、系缆墩、人行桥、引桥和接岸结构组成。一般液体化工码头靠船墩和系缆墩采用高桩墩式结构，桩台、工作平台和引桥采用高桩板梁式结构。高桩式液体化工码头的桩台和工作平台使用荷载大致相同，可采用相同结构形式，本文统一按高桩式液体化工码头桩台进行叙述。笔者就高桩式液体化工码头桩台结构进行研究和计算，寻找一种施工便捷、经济合理的结构形式。

1 高桩式液体化工码头桩台的荷载特点及常规结构形式

码头桩台直接承受船舶的停靠作用力并供装卸作业，故必须满足设计船型和工艺荷载要求。

1.1 高桩式液体化工码头桩台的荷载特点

液体化工码头桩台是液体散货装卸作业的区域，承受的作用分为永久作用（包括结构和固定设备自重力）、可变作用（包括堆货荷载、撞击力、系缆力、检修汽车荷载和水流力）、偶然作用（包括非正常撞击、火灾和爆炸等）和地震作用[2]。

经与其它货种码头的荷载比较后发现，高桩液体化工码头桩台的荷载特点是无有轨装卸设备荷载、竖向使用荷载小（根据管线布置，桩台一般取10 kPa均布荷载）；对于相同外部条件下（船舶吨级、水文、自然条件），作用在桩台上的水平荷载较其它货种码头无区别。

1.2 高桩式液体化工码头桩台的常规结构形式

高桩码头桩台根据自然条件、荷载情况及使用要求等采用不同的上部结构形式。板梁式码头受力明确，能承受较大的线荷载，施工方便，其上部结构由面板、纵梁、横梁和靠船构件等组成。

目前高桩式液体化工码头桩台与其它货种码头一样，常采用板梁式结构形式。由于无需配置有轨装卸设备，仅将能承受较大线荷载的轨道梁改为一般纵梁，其它没有明显区别。

2 常规高桩式液体化工码头桩台结构的合理性分析及改进方向

目前多数高桩液体化工码头桩台结构与其它货种码头基本一样，仅将轨道梁改为普通纵梁，没有针对其荷载特点进行结构设置，易造成浪费。

针对高桩液体化工码头桩台无有轨装卸设备荷载，且使用荷载较小的特点，可不设置纵梁，上部结构采用实心大板、空心板或肋形板梁（即由一个方向的梁与板连成一体的结构）。实心板或空心板虽能适用，但承载能力及整体刚度较小，跨度及横向刚度受到限制，而肋形板梁的承载能力明显大于实心板或空心板，且整体刚度较好。因此采用肋形板梁替代纵梁和面板是可行的；水平荷载由沿受力方向布置的叉桩和斜桩承受。故高桩液体化工码头桩台结构改进方向为用肋形板梁替代纵梁和面板（即肋形板梁式结构），加强肋形板梁与横梁的连接以形成整体，并采取有针对性的布桩方式提高桩台承受水平荷载的能力。

3 肋形板梁式液体化工码头桩台结构研究

现以长江下游某已建50 000 DWT液体化工码头为依托，对肋形板梁式液体化工码头桩台结构和常规液体化工码头桩台结构进行对比研究。该码头典型剖面见图1，单个结构段桩基布置见图2。

图1 常规高桩式桩台设计Fig.1 Pile platform design of general high-piled wharf

图2 单个结构段桩位布置图Fig.2 Pile plan of a single structure segment

该码头平台的平面尺度为240 m×25 m。采用排架式高桩板梁结构，排架间距7 m，单个结构段长30 m，基础采用φ800 mm PHC预应力混凝土管桩，每榀排架设5根斜桩和1根直桩，斜桩斜率为4∶1；常规上部结构由横梁、纵梁、前边梁、系靠船梁和迭合面板等组成，其中纵梁高为1.3 m、梁肋宽0.5 m，迭合面板厚0.4 m。该码头平台均布荷载为10 kPa，流动荷载为1 t叉车，码头共设置4台30 cm（12英寸）装卸臂（垂直荷载230 kN，水平荷载35 kN，倾覆力矩480 kN·m），系缆力为1 000 kN（快速脱缆钩），撞击力为1 800 kN（采用4个L=1 000 mm的TD-BB800H低反力型橡胶护舷，隔排架设置）。

图3 肋形板梁式桩台设计Fig.3 Rib plate girder pile platform design

若将该液体化工码头桩台调整为肋形板梁式结构（图3），保持桩基布置不变，仅需改变横梁高度及上部结构。具体为保持前边梁不变（因为前沿需布置橡胶护舷），采用3 m宽，0.9 m高肋形板梁（肋形板梁由两根肋组成，肋中心距1.5m，肋宽0.4 m）代替原有的纵向梁板结构，并且将横梁总高度减少0.5 m，码头设计剖面见图3。

依据JTS 167-1—2010《高桩码头设计与施工规范》，当桩基布置空间特征显著的码头，结构内力宜按空间结构计算[3]。因此，采用ANSYS通用有限元软件分别对上述常规及肋形板梁式液体化工码头桩台结构进行空间计算，计算模型采用壳单元（shell63）与梁单元（beam4）进行模拟，桩基部分根据弹性嵌固点法进行计算（根据计算，入土5 m为桩基嵌固点深度），在嵌固点处，桩基各方向的自由度均被约束。计算工况根据《高桩码头设计与施工规范》要求进行组合。

两种结构主要构件计算结果如表1所示。从计算结果可以看出：在桩基布置不变的情况下，肋形板梁式结构主要受力构件计算结果与常规高桩结构计算结果相差不大，且单个肋形板梁弯矩较小。由此说明，肋形板梁式结构能够满足桩台整体刚度及承载力要求，并且肋形板梁受力合理，充分发挥其承载能力特征。

表1 计算结果对比表Table 1 Computational results comparison

通过对单跨（跨度均为7m）常规高桩结构和肋形板梁式桩台结构上部结构混凝土用量计算，可以得出，常规高桩结构混凝土用量为191.6 m3，而肋形板梁式结构混凝土用量仅为158.5 m3，较常规高桩结构混凝土用量减少17.3%，经济效益非常可观。

4 肋形板梁式桩台结构的构造处理措施和结构优点

肋形板梁式桩台结构的构造处理措施：肋形板梁采用预制构件，其上现浇码头面层；预安肋形板梁间设置30 mm安装缝，肋形板梁设置端板既可使肋形板梁和上横梁牢固连接，也可作为上横梁的施工侧模；江侧或海侧上横梁加宽部位，可在该处上横梁设置牛腿以搁置肋形板梁，前后肋形板梁的端板重叠一部分；输油臂或软管吊处可有针对性地设置迭合纵梁。

对水位差大的桩台结构，应设置靠船构件和2层系缆平台，由于肋形板梁高度较普通纵梁大大降低，因此肋形板梁式桩台结构除码头横梁前端降低段外，其余横梁底高程较高，因此横梁现浇施工受水位影响较小，施工质量易于保证；上横梁浇筑只需架立前后沿端模板，工作量小，施工快捷；肋形板梁集梁和板于一体，桩台上部结构安装可一次性完成，施工工序少，易于保证质量。

肋形板梁式桩台结构具有安全可靠、整体性好（肋形板梁与横梁连接面大、连接牢固）、预制安装程度高、施工快捷且造价较省等优点，具备良好的应用前景。

5 结语

针对液体化工码头桩台无有轨装卸设备荷载、竖向使用荷载小且水平荷载较大的特点，提出了肋形板梁式桩台结构。通过上述计算分析，可以看到肋形板梁式结构是一种安全可靠、整体性好、预制安装程度高、施工快捷且造价较省的结构形式，具备良好的应用前景，为实际工程提供一种供比选的结构形式。

[1]交通部第一航务工程局设计研究院.海港码头结构设计手册[M].北京：人民交通出版社，1975. Design and Research Institute of CCCC First Harbor Engineering Co.，Ltd.Design manual of harbor wharf structure[M].Beijing：China Communications Press，1975.

[2]JTS 144-1—2010，港口工程荷载规范[S]. JTS 144-1—2010，Load code for harbor engineering[S].

[3]JTS 167-1—2010，高桩码头设计与施工规范[S]. JTS167-1—2010，Design and constructioncodefor opentypewharf on piles[S].

Investigation on rib plate girder pile platform structure of liquid chemical engineering wharf

ZHAO Yu，FENG Mei-guo，YANG Yu-qin
（CCCC Second Harbor Consultants Co.，Ltd.，Wuhan，Hubei 430071，China）

According to the characteristics of pile platform of liquid chemical engineering wharf，such as no track handling equipment load，small vertical load and large horizontal load，the rib plate girder pile platform structure is proposed.Through analysis and conformation treatment，it can obtain that the rib plate girder structure is one structural type with the advantages of safety，good integrity，high pre-installation degree，fast construction and low cost.The structure has a good application prospects，and it can provide one comparison and selection structural type for actual projects.

rib plate girder structure；upper structure；liquid chemical engineering wharf；high-piled wharf

U656.113

：A

：1003-3688（2014）03-0047-04

10.7640/zggwjs201403009

2013-09-17

赵宇（1965— ），男，四川内江市人，副总工程师，高级工程师，港工结构专业。E-mail：zhaoyu@ctesi.com.cn