復(fù)合材料計(jì)算方法的架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)數(shù)值分析

文中詳細(xì)闡述了結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論的研究現(xiàn)狀,分析了內(nèi)河架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究與設(shè)計(jì)中存在的不足,并提出了今后的研究重點(diǎn)和發(fā)展方向,即內(nèi)河架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性優(yōu)化、全局多目標(biāo)優(yōu)化和一種適合內(nèi)河架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化的優(yōu)良算法——遺傳算法的研究。

以三峽庫(kù)區(qū)某架空直立式碼頭為例,采用基于有限元軟件ansys的montecarlo法,對(duì)架空直立式碼頭樁基進(jìn)行了靈敏度分析、散點(diǎn)圖分析,并討論了樁基在各種工況組合作用下的可靠指標(biāo).結(jié)果表明船舶撞擊力對(duì)碼頭樁基的可靠度計(jì)算起著決定性作用,碼頭樁基可靠度指標(biāo)基本滿足規(guī)范要求,可靠指標(biāo)計(jì)算方法和結(jié)果可為類似碼頭樁徑優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考.

利用有限元法對(duì)性質(zhì)復(fù)雜的混凝土結(jié)構(gòu)——架空直立式碼頭進(jìn)行塑性破壞分析,其中包括根據(jù)室內(nèi)模型試驗(yàn)得到的混凝土參數(shù),利用有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析;結(jié)合重慶市寸灘碼頭模型試驗(yàn)資料,對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明:碼頭結(jié)構(gòu)在受到頂層撞擊力后最先破壞的是結(jié)構(gòu)底層的聯(lián)系梁;隨著撞擊荷載的增大,結(jié)構(gòu)上部的縱撐、橫撐兩端均出現(xiàn)不同程度的開裂區(qū),但整個(gè)結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)較大位移,表明此種結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的塑性變形能力,符合框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則,與試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較吻合。

以三峽庫(kù)區(qū)架空直立式碼頭大直徑鋼護(hù)筒嵌巖樁為切入點(diǎn),主要針對(duì)受鋼護(hù)筒影響下架空直立式碼頭嵌巖樁的受力性狀作一綜述.在闡明何為鋼護(hù)筒嵌巖樁的基礎(chǔ)上綜述了鋼護(hù)筒及鋼護(hù)筒嵌巖樁的受力性狀和嵌巖樁-土-巖的受力性狀的研究現(xiàn)狀,并從鋼管混凝土樁(柱)與鋼護(hù)筒嵌巖樁受力性狀的區(qū)別、鋼護(hù)筒與樁芯鋼筋混凝土的聯(lián)合受力和考慮重復(fù)荷載作用下鋼護(hù)筒效應(yīng)對(duì)嵌巖樁承載性能的影響3個(gè)方面探討有待研究的方向,為進(jìn)一步研究鋼護(hù)筒嵌巖樁提供一些思路.

采用三維有限元數(shù)值分析方法,對(duì)大水位差架空直立式碼頭的力學(xué)特性展開了分析,得到了有限元簡(jiǎn)化分析時(shí)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及其誤差,并在此基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)構(gòu)的模態(tài)及其塑性破壞過程進(jìn)行了分析,得到了內(nèi)河架空直立式碼頭基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)共同作用的一些規(guī)律及其碼頭結(jié)構(gòu)的破壞模式。

利用有限元法對(duì)內(nèi)河架空直立式集裝箱碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算分析,采用有限元法建立了3種不同的有限元模型(平面剛架模型、不考慮面板剛度的空間剛架模型、考慮面板剛度的空間剛架模型),分別對(duì)內(nèi)河架空直立式集裝箱碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力計(jì)算和比較分析。分析表明,考慮面板剛度的空間剛架模型是適合內(nèi)河大水位差架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型。

以在建的重慶市兩江新區(qū)果園樞紐港二期工程為例,采用有限元法對(duì)內(nèi)河大水位差架空直立式框架碼頭單排架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了受力分析。探討了不同荷載組合下的最不利受力構(gòu)件。按照恒載參與每種作用效應(yīng)組合,活載按結(jié)構(gòu)實(shí)際可能出現(xiàn)的受力情況進(jìn)行組合分析的思路,對(duì)結(jié)構(gòu)自重、面板自重、堆貨荷載、岸吊荷載和船舶撞擊力等荷載進(jìn)行組合,共設(shè)計(jì)了32種荷載組合。采用有限元法計(jì)算分析每種組合下的排架結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的內(nèi)力,在32種荷載組合結(jié)果中搜索各構(gòu)件的最大(小)內(nèi)力值,從而確定在32種荷載組合下的最不利受力構(gòu)件,并得到了控制結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力的21種最不利荷載組合。

由于內(nèi)河架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不能采用一般的傳統(tǒng)計(jì)算方法進(jìn)行模態(tài)分析,而應(yīng)采用結(jié)構(gòu)專業(yè)軟件進(jìn)行分析。采用有限元法建立空間剛架模型,對(duì)內(nèi)河架空直立式集裝箱碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)分析,初步探討了內(nèi)河架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性,為合理結(jié)構(gòu)型式的研究提供了依據(jù)。

根據(jù)動(dòng)力時(shí)程分析法基本理論,利用ansysworkbench有限元軟件分別建立新型架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)有限元模型進(jìn)行數(shù)值模擬分析,得出兩種結(jié)構(gòu)型式碼頭面板和樁的應(yīng)力、位移的時(shí)程響應(yīng)結(jié)果。最后,通過對(duì)兩者的結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比,初步探討和評(píng)估新型碼頭結(jié)構(gòu)的抗震性能。

利用有限元法對(duì)內(nèi)河大水位差架空直立式集裝箱碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析。采用等截面梁?jiǎn)卧?按平面剛架建模分別對(duì)各控制工況進(jìn)行了比較計(jì)算和分析,并按空間剛架建模對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行復(fù)核,計(jì)算結(jié)果可靠合理,為合理結(jié)構(gòu)型式的研究提供了依據(jù)。

結(jié)合三峽工程建成蓄水后庫(kù)區(qū)港口航道水域特點(diǎn)和地形特點(diǎn),充分考慮長(zhǎng)江航運(yùn)發(fā)展、長(zhǎng)江上游重慶航運(yùn)中心的建設(shè)等需求,以及碼頭建設(shè)對(duì)長(zhǎng)江航運(yùn)通航條件、通航環(huán)境安全及行洪能力的影響,對(duì)各種適合集裝箱裝卸的碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面歸納、分析、篩選,提出了在長(zhǎng)江上游30m以上大水位差條件下5種比較適合于集裝箱裝卸的碼頭結(jié)構(gòu)方案。

從三峽庫(kù)區(qū)變動(dòng)回水區(qū)特殊的地形地質(zhì)及水文條件出發(fā),以寸灘港三期擬建工程為實(shí)例,通過對(duì)結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)比較、施工方法論述及合理施工水位確定等要素的分析,對(duì)架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行排架跨度、基樁樁徑優(yōu)化設(shè)計(jì),提出了適應(yīng)于三峽庫(kù)區(qū)變動(dòng)回水區(qū)的大樁徑、大跨度架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)形式,比傳統(tǒng)的碼頭結(jié)構(gòu)工程量減少、工程造價(jià)降低,并解決了三峽成庫(kù)后低水位施工期短的難題。此研究成果可為庫(kù)區(qū)碼頭建設(shè)提供良好的技術(shù)支持,具有一定的參考價(jià)值。

大水位差架空直立式碼頭是出現(xiàn)在長(zhǎng)江上游內(nèi)河地區(qū)的一種新型碼頭結(jié)構(gòu)型式。對(duì)該種碼頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)型式及其適應(yīng)性進(jìn)行歸納,并對(duì)碼頭的樁基、上部結(jié)構(gòu)及接岸結(jié)構(gòu)等的設(shè)計(jì)和計(jì)算要點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。

針對(duì)大型內(nèi)河碼頭建設(shè)面臨的復(fù)雜水文條件和地質(zhì)條件,基于結(jié)構(gòu)受力最優(yōu)原理和工程造價(jià)最省的思路,提出了"空間三角形框架墩+帶主斜撐大跨度排架"的內(nèi)河架空直立式碼頭新型結(jié)構(gòu),分析了該碼頭結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點(diǎn)和穩(wěn)定性。并將寸灘碼頭一、二期建設(shè)項(xiàng)目的碼頭結(jié)構(gòu)型式改用本優(yōu)化結(jié)構(gòu)型式后進(jìn)行了工程造價(jià)的計(jì)算,再與原寸灘碼頭一、二期建設(shè)項(xiàng)目的工程造價(jià)進(jìn)行比較。研究表明:新型結(jié)構(gòu)的構(gòu)造簡(jiǎn)潔、受力合理、水下工程量小、經(jīng)濟(jì)性好。

本文針對(duì)目前碼頭平面設(shè)計(jì)方法的不足,采用有限元方法,對(duì)重慶市某內(nèi)河架空直立式框架碼頭進(jìn)行模擬,分析探討了不同工況下碼頭的變形和各主要構(gòu)件的力學(xué)性能。研究表明:此結(jié)構(gòu)整體性很好,但工程設(shè)計(jì)偏于保守,可適當(dāng)加大樁徑、樁間距及排架間距,以減少工程投資,同時(shí)可以減小結(jié)構(gòu)對(duì)水流的影響,為碼頭結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

采用有限元法,分別建立樁-土-碼頭結(jié)構(gòu)模型、地基剛性假定的碼頭模型和工程計(jì)算簡(jiǎn)化的碼頭模型。通過模態(tài)分析和動(dòng)力時(shí)程分析,得出3種碼頭模型的基頻和水平位移最大值,以及碼頭立柱內(nèi)力的最大響應(yīng)值。研究表明:與地基剛性假定模型相比,由樁-土-碼頭結(jié)構(gòu)模型所得的結(jié)構(gòu)基頻、水平位移最大值、立柱的剪力和彎矩值將會(huì)減小,軸力值基本不受影響;與工程計(jì)算簡(jiǎn)化模型相比,結(jié)構(gòu)的基頻、立柱的剪力和彎矩值將增大,但是水平位移最大值將減小,軸力值基本不變。

采用響應(yīng)面數(shù)值模擬技術(shù)在設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)處擬合了代替真實(shí)極限狀態(tài)曲面的響應(yīng)面函數(shù),并在此基礎(chǔ)上運(yùn)用一次二階矩法編寫matlab程序?qū)芸罩绷⑹酱a頭樁基進(jìn)行了可靠度分析求解。驗(yàn)證了基于響應(yīng)面對(duì)大型結(jié)構(gòu)可靠度求解的可行性。

港口航道與海岸工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第1章設(shè)計(jì)資料 1.1地理位置 擬建重慶港涪陵港區(qū)黃旗集裝箱碼頭一期工程位于長(zhǎng)江左岸黃旗鎮(zhèn)，距涪陵城以

以重慶某平面布置為"l型"的內(nèi)河框架直立式碼頭為依托,采用midas建立空間剛架模型并進(jìn)行模態(tài)分析,提取關(guān)鍵模態(tài)分析結(jié)構(gòu)的振型特點(diǎn)。初步探討其動(dòng)力特性,為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、振動(dòng)故障診斷以及結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

以重慶港寸灘碼頭三期工程的為依托,基于大渦模擬理論,應(yīng)用有限元軟件fluent模擬高雷諾數(shù)條件下的三維流場(chǎng),得出超臨界狀態(tài)下串聯(lián)樁上的水流速度和壓強(qiáng),探討碼頭結(jié)構(gòu)各排架樁上的阻力系數(shù)、水流壓強(qiáng)衰減、消能等相關(guān)規(guī)律,為三峽庫(kù)區(qū)大水位差架空直立式碼頭在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮水流力的影響提供參考。

采用ansys有限元軟件,對(duì)5種不同碼頭承臺(tái)寬度、5種不同樁直徑進(jìn)行數(shù)值分析,探討承臺(tái)寬度、樁直徑對(duì)架空直立式碼頭水平撞擊力分配系數(shù)的影響。結(jié)果表明,承臺(tái)寬度和樁直徑對(duì)排架分配系數(shù)有著不可忽視的影響,承臺(tái)寬度的增大有利于排架的均勻分配,樁直徑的增大不利于排架的均勻分配。為使結(jié)構(gòu)受力均勻,可適當(dāng)加大承臺(tái)寬度、減小樁直徑。同時(shí)對(duì)這兩個(gè)因素對(duì)水平撞擊力分配系數(shù)的影響進(jìn)行敏感性分析。

目前,對(duì)透空式高樁梁板碼頭的樁基和墩柱波浪力的計(jì)算,現(xiàn)行《海港水文規(guī)范》中有相應(yīng)的公式,但對(duì)一側(cè)增設(shè)擋浪板及上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的透空式高樁梁板碼頭水平波浪力的計(jì)算,規(guī)范并沒有明確規(guī)定相應(yīng)的計(jì)算公式。從擋板透空碼頭設(shè)計(jì)中水平波浪力的計(jì)算分析入手,說明擋板波浪力采用不同計(jì)算方法的差異性,并針對(duì)某設(shè)計(jì)工程進(jìn)行了實(shí)例分析,通過相關(guān)文獻(xiàn)、現(xiàn)行規(guī)范及物理模型試驗(yàn)等三種不同方法所得計(jì)算結(jié)果的比較,探討一種適合擋板透空碼頭的水平波浪力的計(jì)算方法,供工程設(shè)計(jì)時(shí)參考。