大水位差架空直立式框架结构型式码头在淮河某码头上的应用

沈浩

摘 要：以淮河某大水位差架空直立式框架结构码头为研究对象，本文认为大水位差架空直立式框架结构型式码头具有结构高度大、整体刚度大、受力合理、能够适应不同水位条件下船舶系泊的需要等优点，适合在水位变幅较大的河流推广运用;并认为该类型码头结构具有典型的空间特征，应按空间结构进行计算，遂采用有限元方法，将其离散成整体的空间刚架及板壳模型进行空间受力分析。

关键词：大水位差;直立式框架结构;整体刚度;有限元方法

中图分类号：U656.1+1           文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）01-0095-04

1工程概述

该工程位于河南省淮滨县，淮河主航道左岸，码头作业平台位于淮河大堤外侧，港区后方陆域位于淮河大堤内侧，该工程共建设12个500吨级泊位，其中8个散货泊位，4个多用途泊位，码头水工结构均按靠泊1000吨级船舶设计，由于该工程处设计高低水位相差近13m，形成了大水位差，码头结构采用了架空直立式框架结构，为了适应不同水位条件下船舶系靠泊装卸，设置了上、中、下三层系缆。

2主要设计条件

2.1水文条件

本工程码头位于淮河主航道左岸，该段航道所属淮河河南省淮滨段，该段航道位于平原地带，水位呈现陡涨陡落，每年6～9月份进入汛期，水位随降雨量变化而变化，变化幅度可达13m左右，其它时间为枯水期，枯水期历时较长。

本工程码头依托淮河主航道所属淮河河南省淮滨段，该段航道规划为Ⅳ级，目前该段航道已达到规划Ⅳ级航道标准，可通航500吨级船舶。工程河段处于淮滨水文站和王家坝水文站之间，上游淮滨水文站和下游王家坝水文站特征水位见表1。

工程河段距离上游淮滨水文站约3.3km，距离下游王家坝水文站约16.9km，采用均匀比降插入法求得本工程河段设计最低通航水位为19.09m，设计最高通航水位为31.99m，多年平均水位 21.25m。

根据《河港工程总体设计规范》（JTJ212-2006）确定本码头工程设计水位值如下：

设计高水位（同航道设计最高通航水位）：31.99m（10年一遇）;

设计低水位（同航道设计最低通航水位）：19.09m（多年历时保证率95%）;

多年平均水位：21.25m;

该工程码头设计高低水位相差12.9m，形成了大水位差。

2.2地质条件

根据该处码头工程地质勘探，依据土体的地质时代、成因、岩性、分布规律和物理力学性质，将场地勘探深度内的土体划分为5个工程地质层，各工程地质层如下：1-1粉质黏土、1-2粉土、1-3粉质黏土、2-1粉细砂、2-2中砂、2-3粗砾砂、3-1粉质黏土、3-2粉土、4粉质黏土、5粉土。

2.3荷载条件

2.3.1码头面荷载

（1）散货及多用途泊位：码头作业面荷载20kPa，靠近轨道中心线左右1.5m范围内无堆货荷载。

（2）人群荷载：3kPa。

2.3.2装卸机械荷载

（1）散货泊位。固定式装船机：底座中心距码头前沿3.5m，基础正压力为767kN，水平力为50kN，倾覆力矩为3750kN·m;固定式起重机：底座中心距码头前沿3.5m，基础正压力为767kN，水平力为50kN，倾覆力矩为3750kN·m。

（2）多用途泊位。16t门机：轨距10.5m，基距10.5m，最大轮压250kN，轮数24个，轮距0.765m;集装箱装卸桥：轨距10.5m，基距17.4m，最大轮压250kN，轮数24个，轮距0.765m。

2.3.3流动机械荷载

（1）散货装卸：30t汽车。

（2）件雜货装卸：Q40牵引车+40t平板车。

（3）集装箱装卸：集装箱拖挂车。

3码头结构方案

由于该工程处设计高低水位相差近13m，水位变幅范围较大，从而导致该码头的结构高度大，为了满足各种装卸设备荷载、船舶荷载及水流荷载等荷载作用下结构的强度和变形要求，码头结构需具有足够的整体刚度，需将各空间层次和方向的相关构件连接起来，共同承担各种外部荷载的作用。

大水位差架空直立式框架结构型式码头由于其结构的整体高度大且受施工条件的限制，国内一般采用整体现浇的框架结构，码头上部结构一般由现浇横梁、纵向梁系及面板等组成，通过立柱、纵横向联系梁及撑杆将码头上部所受各种荷载传递至码头桩基部分。

大水位差架空直立式框架结构型式码头通常在码头前沿竖向连续布置橡胶护舷，以满足船舶靠泊的要求，同时根据水位及设计船型特点，在码头面下每间隔3～5m分级设置系靠船平台及设施，通过设置爬梯上下各系靠船平台及码头面。

3.1散货泊位码头

3.1.1码头结构方案

该散货泊位码头平台宽15m。码头结构型式采用架空直立式框架结构，排架间距7m。每榀排架设4根φ1000mm的钻孔灌注桩;灌注桩间通过现浇纵向、横向连系梁连接以增强码头结构的整体刚度。灌注桩上现浇桩帽，桩帽上现浇立柱，立柱上现浇倒T形横梁，横梁上现浇纵梁，梁上现浇面板，最后现浇码头面层和磨耗层。由于设计高水位与设计低水位相差12.9m，为了适应不同水位条件下船舶系靠泊装卸，码头结构设置了上、中、下三层系缆，码头面层与中间系靠船平台高差5m，中间系靠船平台与下层系靠船平台高差4.7m，通过设置爬梯上下各系靠船平台及码头面。码头平台前方及系靠船平台上设有150kN系船柱，码头排架前沿竖向布置SA300H×2000L型橡胶护舷。码头典型断面如图1和图2所示。

散货泊位固定吊与装船机基础均采用与后方横梁现浇成为一体的墩式基础。

3.1.2码头结构计算

大水位差架空直立式框架结构型式码头的结构计算与传统的高桩梁板式码头相比较，其受力更具复杂性，通常具有典型的空间特征，应按空间结构进行计算。根据码头结构型式及受力特点，一般采用有限元方法，将其离散成整体的空间刚架及板壳模型进行空间受力分析。

对于架空直立式框架结构型式码头，根据其结构受力特点，通常将基桩和纵横梁、立柱、撑杆等长细比较大的构件离散成三维梁单元，码头面板离散成壳单元，各构件之间均按照整体刚性连接考虑，采用假想嵌固点

法简化处理桩底的约束。

根据可能出现的各种荷载工况分别进行有限元计算，并对计算结果进行分析和组合，得到码头各主要构件的控制内力的最不利作用效应组合情况。

根据以上码头结构计算原则，对该散货泊位码头平台进行建模计算，该散货泊位码头平台主要构件内力计算详见表2。

3.2多用途泊位码头

3.2.1码头结构方案

该多用途泊位码头平台宽20m。码头结构型式采用直立式框架结构，排架间距7m。每榀排架下设5根φ1000mm的钻孔灌注桩。灌注桩间通过现浇纵向、横向连系梁连接以增强码头结构的整体刚度。灌注桩上现浇桩帽，桩帽上现浇立柱，立柱上现浇倒T形横梁，横梁上现浇纵梁，梁上现浇面板，最后现浇码头面层和磨耗层。由于设计高水位与设计低水位相差12.9m，为了适应不同水位条件下船舶系靠泊装卸，码头结构设置了上、中、下三层系缆，码头面层与中间系靠船平台高差5m，中间系靠船平台与下层系靠船平台高差4.7m，通过设置爬梯上下各系靠船平台及码头面。码头平台前方及系靠船平台上设有150kN系船柱，码头排架前沿竖向布置SA300H×2000L型橡胶护舷。码头典型断面如图3所示。

3.2.2码头结构计算

通过对多用途泊位码头平台进行建模计算，多用途泊位码头平台主要构件内力计算详见表3。

4结语

大水位差架空直立式框架结构型式码头具有结构高度大、整体刚度大、受力合理、能够适应不同水位条件下船舶系泊的需要等优点，适合在水位变幅较大的河流推广运用。

大水位差架空直立式框架结构型式码头的结构计算与传统的高樁梁板式码头相比较，其受力更具复杂性，通常具有典型的空间特征，应按空间结构进行计算。根据码头结构型式及受力特点，一般采用有限元方法，将其离散成整体的空间刚架及板壳模型进行空间受力分析。

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