某内河浮码头趸船定位桩结构受力及位移分析

2022-01-23彭芬江西省港航设计院有限公司

珠江水运 2021年24期

关键词：趸船风化水流

彭芬江西省港航设计院有限公司

1.概述

某内河码头为湖区码头，采用浮码头结构型式，设计船型为2000吨级，水工结构兼顾5000吨级，其结构平面及断面图分别见图1、图2：

图1 码头平面图

图2 码头断面图

选择1#桩簇进行分析，据该内河码头勘察钻探揭露，该断面按其出露顺序从上到下，有水、①冲填土、②淤泥、③细砂、⑥强风化板岩、⑦中风化板岩，其各土层有关桩的设计参数见表1。

表1 各土层有关桩的设计参数表

2.计算条件

设计船型：2000t级货船，长×宽×吃水=90×14.8×2.6m；5000t级货船，长×宽×型深×吃水=115×18.5×7.5×5.0m；

设计高水位20.77m（20年一遇）；

设计低水位5.65m（通航保证率98%）；

设计高程：设计河底高程2.35m；

靠船桩簇桩顶高程25.3m，桩底高程-11.00m（1#桩簇）；

码头前沿泥面高程-0.60m（1#桩簇）；

最大作业风速：24.4m/s；

最大水流流速：2.0m/s；

趸船尺寸：长×宽×型深×吃水=96×18.0×3.0×1.1m；

1800t/h装船机：旋转基座荷载垂直力600KN，倾覆力矩200KN.m。

3.计算模型

根据港口工程荷载规范(JTS144-1-2010)，计算船舶系缆力最大值为548.87kN，考虑该码头湖区风浪加大，船舶撞击力为横浪作用下撞击力护舷反力为403.8kN/m；趸船风荷载横向71.93kN、纵向8.98kN，装卸设备风荷载横向158kN、纵向115.2kN；φ1300定位桩水流力1.898kN/m，φ1000刚横撑水流力1.445kN/m。

采用MIDAS2015软件建模，靠船桩离散为杆件系统，桩土作用采用弹簧模拟，弹簧布置间距0.5m，弹性系数采用m法计算。松散粉细砂m为5000KN/m4。（取全风化30000，强风化50000，中风化80000）

嵌岩钢管桩尺寸φ1300δ16mm，嵌岩段尺寸φ1150；钢横撑尺寸φ1000δ16mm（皆考虑2mm腐蚀预留厚度）；横撑和钢管桩均为Q355B钢。计算模型见图3。

图3 1#桩簇计算模型

4.计算工况

（1）工况组合。①船舶风荷载+船舶水流力+趸船荷载+装卸设备工作荷载+装卸设备风荷载（工作状态）+桩簇水流力；②船舶撞击力+趸船荷载+装卸设备工作荷载+装卸设备风荷载（工作状态）+桩簇水流力；③趸船荷载+装卸设备风荷载（非工作状态）+桩簇水流力。

（2）参考《港口工程柔式靠船设施设计与施工技术规范》（JTJ279-2005）（设计部分），作用效应持久组合分项系数：有船舶撞击力参与组合时取1.5，其他组合取1.4。

5.计算结果

（1）靠船桩簇桩承载力。靠船桩簇桩承载力按承载能力极限状态设计，计算结果见图4。

图4 1#桩簇承载能力计算结果

（2）靠船桩簇入土深度。桩的相对刚度系数T=2.0m，1#桩簇桩的入土深度10.4m＞4T=8.0m，为弹性长桩。靠船桩弯矩零点深度为-7.5m，泥面线-0.6m，1#桩簇桩的入土深度10.4m大于1.5倍弯矩零点深度10.35m，满足规范要求。

（3）靠船桩簇构件强度。靠船桩簇桩承载力按承载能力极限状态设计，计算结果见图5。

图5 1#桩簇应力计算结果

Q355B钢（t≤16mm）抗拉、抗压和抗弯f=350MPa，抗剪fv=180MPa，构件承载力满足要求。1#桩簇钢横撑最下面一层如果用φ1000δ16mm（考虑2mm腐蚀预留厚度），计算得到应力为323.5MPa，最大受剪应力46.3MPa，满足要求；采用φ1300δ16mm（受力厚度16mm），计算得到应力284.6MPa，最大受剪应力76.18MPa，满足要求。

（4）靠船桩簇水平位移；1#桩簇最大水平位移117mm，满足使用要求。