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老码头结构改造中采用有限元方法进行精细化计算的研究

在文檔中 工程技术与发展 (頁 111-114)

H5%

(m)

H13%

(m) T(s) H1%

(m)

H5%

(m)

H13%

(m) T(s)

装船机:轨距 10.5m,基距 10.5m,额定能力 2500t/h。

轮距 0.765m,(海侧/陆侧)每腿轮数 5 个,轮压 230kN/轮, 长度为 9.9m,沉箱仓格尺寸为 4.5mX4.1m,沉箱隔墙、前墙、

后墙及侧墙厚度均为 0.3m,两墙交界处均设置抹角,抹角 尺寸均为 200mmX200mm,沉箱混凝土强度等级为 R250(相

发展与创新 工程技术与发展

当于现行规范中 C17 混凝土的强度),钢筋抗拉强度设计值 为 260 N/㎜2,钢筋净保护层 40mm。本工程中侧墙 1.5L(L 为断面方向仓格宽度, 4.1m)以上范围只有波浪力作用,

本次以该工程沉箱的侧墙为基础进行验证并且做相应拓展 研究,侧墙 1.5L 以上波浪力分布为三角形,波浪力分布图 见图 1,最大荷载为 35kN/m,图 2 为按照三跨连续板计算 得到的侧墙弯矩分布图。

侧墙波浪力分布图(图—1)

三角形荷载作用下弯矩分布图(内力值为 kN.m)(图—2)

从图 2 中可以看出海侧支座最大弯矩为 71.8kN.m,负 弯矩的分布宽度为 0.9m,负弯矩降低迅速,到抹角边缘(抹 角共 0.2m)位置负弯矩为 52.22kN.m,降低幅度为 27%,抹 角尺寸为 0.2m,计算跨度为 4.1m,仅用了 1/20.5 的跨度就 将弯矩降低了 27%。本工程中配置支座钢筋时考虑 1/3 的抹 角尺寸,即计算钢筋面积时采用 71.8kN.m 的弯矩,板厚采 用 0.3m+0.0667m,在这种情况下计算得到的钢筋面积为 886mm2。为了验证这种计算方法是否能够满足实际要求,

还应计算抹角边缘位置钢筋是否满足需要,抹角边缘钢筋应 为满足 52.22kN.m 的弯矩需要,计算厚度取为 0.3m,计算得 到的钢筋面积为 825mm2。通过以上计算结果可知配置支座 钢筋时考虑 1/3 厚度的抹角尺寸可以满足沉箱配筋的需要,

这主要是由于支座位置弯矩降低速度很快导致的。

以上计算是按照三角形荷载分布进行计算的,而前后墙 所受外力均为矩形分布,分布荷载为 35kN/m,下图为矩形 荷载分布情况下墙体弯矩分布图。

矩形荷载作用下弯矩分布图(内力值为 kN.m)(图—3)

从图-3 中可以看出支座位置最大弯矩为 78.4kN.m,负 弯矩的分布宽度为 0.9m,负弯矩降低迅速,到抹角边缘(抹 角共 0.2m)位置负弯矩为 57.22kN.m,降低幅度为 27%,抹 角尺寸为 0.2m,计算跨度为 4.1m,仅用了 1/20.5 的跨度就 将弯矩降低了 27%。由此可见支座位置的弯矩只需要 20.5 分之 1 的长度即可降低 27%。

由以上计算可知荷载分布形式不影响支座弯矩变化的 速率,即在远离支座的过程中,弯矩值减小的速率基本一致。

为了搞清楚不同跨度以及不同厚度的墙体在计算支座弯矩 过程中是否能够考虑 1/3 抹角的厚度来进行配筋计算,对常 用仓格跨度及沉箱壁厚进行内力及配筋计算,计算中沉箱抹 角均取 0.2m(沉箱外壁抹角基本为 0.2m)。沉箱壁厚取 0.25m~0.4m(计算梯度 0.05m),计算跨度取 3.8m~5.0m(计 算梯度取 0.3m),均布荷载为 35kN/m,计算结果见表-1。

计算成果表

表-1 壁

厚(m)

跨 度(m)

最 大 弯 矩 (kN.m)

抹角与沉箱 壁交点弯矩(kN.m)

最大弯矩(壁厚+1/3 抹 角厚度)计算配筋面积(m ㎡)

抹角与沉箱壁交点弯矩(壁 厚)计算配筋面积(mm2)

3.8 42 30 607 578

4.1 49 36 709 695

4.4 56 42 817 817

4.7 64 49 933 956

0.25

5.0 73 56 1071 1102

3.8 42 30 509 460

4.1 49 36 594 552

4.4 56 42 680 645

4.7 64 49 783 760

0.3

5.0 73 56 894 871

3.8 42 30 438 382

4.1 49 36 513 460

4.4 56 42 586 537

4.7 64 49 675 632

0.35

5.0 73 56 770 723

0.4 3.8 42 30 385 327

发展与创新

工程技术与发展

4.1 49 36 450 393

4.4 56 42 516 460

4.7 64 49 593 540

5.0 73 56 677 618

注:①. 表中计算采用强度等级为 C35 的混凝土,抗拉强度为 360N/m ㎡的钢筋,钢筋净保护层 40mm,均载 35kN/m。

②.墙厚对内力影响很小,影响的数值均在小数位置可忽略不计。

计 算 结 果 显 示 当 壁 厚 在 0.3m~0.45m , 计 算 跨 度 在 3.8m~5.0m 之间时支座位置配筋时考虑抹角 1/3 的高度是可 以满足沉箱的受力要求的;当壁厚为 0.25m 时计算跨度在 4.4m 以下支座位置配筋时考虑抹角 1/3 的高度是可以满足 沉箱的受力要求的;其它情况应进行有限元分析再行计算。

根据本文的成果在核算老码头改造时只要沉箱结构满 足本报告中对于尺度的限制条件,即可利用 1/3 的抹角高度 核算支座配筋,在新建工程中利用 1/3 的抹角高度计算支座 位置配筋,可以大量的节约钢筋,降低造价。

4 结论

第一:秦皇岛港煤码头一期工程中的沉箱墙体支座位置 配筋计算可考虑 1/3 的抹角高度。

第 二 : 墙 体 厚 度 在 0.3m~0.4m 之 间 , 计 算 跨 度 在

3.8m~5.0m 之间时,沉箱墙体支座位置配筋计算可考虑 1/3 的抹角高度。基本上涵盖了大多数沉箱的外墙厚度及仓格尺 寸。

当墙体尺寸和仓格尺寸不在本文计算的范围之内时,应 做充分论证之后再决定是否考虑 1/3 的抹角尺寸。

参考文献:

[1]水运工程混凝土结构设计规范 [JTS 151-2011],人 民交通出版社. 2011

[2]码头结构设计规范 [JTS 167-2018],人民交通出版 社股份有限公司 2018..

[3]码头结构设计规范 [JTS 167-2018],人民交通出版 社股份有限公司 2018..

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