刁邊防

摘 要：我國(guó)西南地區(qū)庫(kù)區(qū)河段水位落差大，經(jīng)常采用斜坡式碼頭來(lái)維持碼頭正常運(yùn)營(yíng)。為分析在高水位落差下斜坡碼頭岸坡的穩(wěn)定性，本文以重慶市巴南區(qū)某碼頭實(shí)例為研究對(duì)象，借助ANSYS有限元計(jì)算軟件進(jìn)行三維模擬計(jì)算，研究最不利工況下碼頭應(yīng)力分布及岸坡穩(wěn)定。經(jīng)計(jì)算，在最不利工況下，本工程岸坡變形均小于0.1cm，樁基變形均小于1.75cm，跨中橫梁最大撓度與計(jì)算跨度比值小于1/600，滿足規(guī)范要求。工程方案設(shè)計(jì)合理。

關(guān)鍵詞：斜坡碼頭 三維數(shù)值模擬 樁基應(yīng)力 水平位移

1.實(shí)例工程概況

實(shí)例工程位于重慶市巴南區(qū)魚(yú)洞經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)，距離上游李家沱長(zhǎng)江大橋6.5km，經(jīng)緯度為東經(jīng)111°15′11″，北緯31°55′19″。根據(jù)李家沱長(zhǎng)江大橋的設(shè)計(jì)水位工況，本工程設(shè)計(jì)高水位取182.50m，設(shè)計(jì)低水位取152.30m。本工程斜坡段共用11個(gè)碼頭樁基進(jìn)行承重。斜坡坡比設(shè)計(jì)為1：0.35。

2.實(shí)例工程三維模型建立

為了研究最不利工況下實(shí)例工程碼頭應(yīng)力分布及岸坡穩(wěn)定，本文選擇ANSYS軟件進(jìn)行三維模擬計(jì)算。

2.1三維網(wǎng)格劃分

采用計(jì)算收斂性最好的三角網(wǎng)格，計(jì)算模塊采用FESWMS模塊，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)間距設(shè)為3m，整個(gè)模型共有16980個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)以及12660個(gè)網(wǎng)格。實(shí)例工程網(wǎng)格劃分見(jiàn)圖1。

2.2主要參數(shù)設(shè)置

根據(jù)本工程的實(shí)際地質(zhì)情況，碼頭工程的彈性模量取30.5GPa，泊松比取0.25，粘聚力取21.0kPa。

3.數(shù)模計(jì)算以及結(jié)果分析

根據(jù)實(shí)例工程可能出現(xiàn)的工況，選擇最不利工況，即最高通航水位（流量為8528m3/s，水位為182.50m）下進(jìn)行計(jì)算。其中，對(duì)碼頭樁基進(jìn)行編號(hào)，其中斜坡坡底的第一根樁的編號(hào)為1#樁基。

3.1模型應(yīng)力分布計(jì)算結(jié)果

研究工況下，實(shí)例工程應(yīng)力分布結(jié)果見(jiàn)圖2，分析可知：

（1）碼頭工程壓應(yīng)力及拉應(yīng)力整體分布較為平均，基本在0.56 ～1.6MPa之間，受壓應(yīng)力分布在4.2～9.9 MPa之間，滿足C30混凝土受拉應(yīng)力不大于2.0MPa、受壓應(yīng)力不大于20 MPa的要求。

（2）最大拉、壓應(yīng)力出現(xiàn)在7～9#樁位處，，該區(qū)域的最大拉應(yīng)力為1.6MPa，最大壓應(yīng)力約為9.9MPa。

3.2模型應(yīng)變分布計(jì)算結(jié)果

研究工況下，實(shí)例工程應(yīng)變（沿水平和豎直方向位移）分布結(jié)果見(jiàn)圖3，分析可知：

（1）前兩跨實(shí)體墩臺(tái)結(jié)構(gòu)在水平、豎直方向上的變形都比較小，而架空樁柱式結(jié)構(gòu)的變形較大，其中樁柱結(jié)構(gòu)在沿水平負(fù)方向上的位移最大，達(dá)到0.16cm，但仍小于0.25cm的要求值。

（2）樁柱結(jié)構(gòu)在水平、豎直方向上的變形都受水流力影響，其中在沿豎直負(fù)方向上產(chǎn)生了比較大的位移。最大位移出現(xiàn)在8#～9#樁基之間的跨梁上，最大變形值達(dá)到0.1cm。主要是由水流掏刷引起。

實(shí)例工程整體位移分布結(jié)果見(jiàn)圖4，分析可知：

（1）在本文對(duì)模型各外部因子（包括堆載、水流沖擊等）多重因素疊加影響下，實(shí)例工程有一定變形。其中，岸坡變形分布在0～0.1cm，變形量較小。樁基變形分布在0.11～1.75cm范圍內(nèi)，且1～3#樁基變形量較小，4～11#樁基變形量相對(duì)前3個(gè)樁基要大一些。

（2）變形量最大的樁基為8#樁基，最大變形量為1.75cm。根據(jù)規(guī)范跨中橫梁最大撓度與計(jì)算跨度比值不超過(guò)1/600可計(jì)算得出，實(shí)例碼頭工程最大變形量應(yīng)小于2.25cm?？梢?jiàn)實(shí)例碼頭工程實(shí)際變形量小于要求值，滿足規(guī)范要求。碼頭工程整體結(jié)構(gòu)受力較為良好。

4.結(jié)論

本文本文以重慶市巴南區(qū)某碼頭實(shí)例為研究對(duì)象，借助ANSYS有限元計(jì)算軟件進(jìn)行三維模擬計(jì)算，研究最不利工況下碼頭應(yīng)力分布及岸坡穩(wěn)定。經(jīng)計(jì)算，在最不利工況下，本工程岸坡變形均小于0.1cm，樁基變形均小于1.75cm，跨中橫梁最大撓度與計(jì)算跨度比值小于1/600，滿足規(guī)范要求。工程方案設(shè)計(jì)合理。

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