MIDAS CIVIL 软件在高桩码头结构内力分析中的应用.pdf

MIDASCIVIL软件在高桩码头结构内力分析中的应用

摘要：本文简要介绍了MIDASCIVIL软件，并以某港高桩码头为例，采用
有限元软件MIDASCIVIL对高桩码头进行三维整体有限元建模，并对不同荷载
工况作用下的码头整体结构的受力情况进行分析，获得了较为准确合理的计算结
果，可以作为码头设计工作的参考。

关键词：高桩码头；MIDAS；结构设计；

1.前言

高桩码头是港口工程结构中最普遍的码头结构型式之一，它以构件受力明确
合理，材料用量较少，装配程度高，施工速度快等优点，目前得到了广泛采用[1]。
传统方法是将码头简化为二维平面结构，同时空间荷载通过分配系数等方法作用
于简化断面。由于码头面荷载较复杂多变，且存在移动荷载，传统方法存在一定
局限性。随着计算机技术的发展，越来越多三维有限元软件开始应用于港口工程，
例如ANSYS、LUSAS、MIDAS等。其中MIDASCIVIL是一款通用的有限元软
件，适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、机场、大坝、港口等结构的分析与
设计[2]。MIDASCIVIL主要有以下特点：

提供菜单、表格、文本、导入CAD和部分其他程序文件等灵活多样的建模
功能，并尽可能使鼠标在画面上的移动量达到最少，从而使用户的工作效率达到
最高；

提供桁架、一般梁/变截面梁、平面应力/平面应变、只受拉/只受压、间隙、
钩、索、加劲板轴对称、板（厚板/薄板、面内/面外厚度、正交各向异向）、实体
单元（六面体、楔形、四面体）等工程实际时所需的各种有限元模型；

可以输出各种反力、位移、内力和应力的图形、表格和文本。提供静力和动
力分析的动画文件；提供移动荷载追踪器的功能，可找出指定单元发生最大内力
（位移等）时，移动荷载作用的位置；提供局部方向内力的合力功能，可将板单
元或实体单元上任意位置的接点力组合成内力。

2.工程概况

2.1.工程简介

某工程码头通过长135m，宽8.5m的引桥与电厂厂区相接。平直段引桥长
90m，靠近电厂南护岸的45m引桥从高程6.7m放坡至高程4.83m，坡度为4.16%，
引桥与电厂取水口基槽坡顶距离超过50m。引桥上输煤栈桥的基础布置在接岸引
桥的西侧，占用引桥宽度4m（引桥上的输煤栈桥宽5m，栈桥西侧外轮廓飘出引
桥1m布置）；引桥上的行车道布置在接岸引桥的东侧，宽4.5m。

2.2.结构方案

本项目为栈桥式码头，若采用重力墩式结构，需要专门的预制场且施工工艺
复杂，根据邻近工程项目的经验，考虑采用桩基础高桩梁板结构。预制预应力混
凝土PHC管桩耐锤击性能和穿透能力较差，施工速度较慢；桩自重较大，考虑
稳桩要求，桩的斜度较小，对承受水平力不利；沉桩过程中桩身受力较大，如控
制不好容易产生混凝土开裂。而钢管桩抗弯能力高，对复杂荷载的适应能力强；
钢管桩自重轻，沉桩稳定性好；钢管桩耐锤击性能和穿透能力强，施工速度快，
可靠性高。根据工程地质勘察报告，工程区土层自上而下大致可分为淤泥混砂、
粉质粘土和珊瑚碎屑、粘性土及砂混粘性土胶结层及岩层，砂混粘性土胶结层具
有较高的强度，标贯击数很高，沉桩时存在较大困难。考虑邻近项目有钢管桩沉
桩的成功经验，因此桩基础采用钢管桩。

码头平台长230m，宽25m，码头面顶高程为6.7m（不含磨耗层厚度），港
池底标高为-13.7m，泊位端部设置10x8m系缆墩，通过钢引桥与平台相接。码
头平台为高桩梁板式结构，共两个结构段，两端采用悬臂梁板结构。码头桩台由
基桩、上部梁板结构组成。每榀排架设1对半叉桩、2根单直桩及1对叉桩，共
6根桩，排架间距为9.6m。码头前沿侧轨道梁下采用1对半叉桩（斜桩斜率为
4:1），横梁中间采用2根单直桩，后侧轨道梁采用1对4:1叉桩。桩基均为直径
1000mm钢管桩。桩顶接入现浇下横梁。码头上部结构为正交梁板体系，横梁为
现浇C45钢筋混凝土倒T形梁，下横梁高1.3m，宽2.0m，上横梁高2m，宽1.0m。
轨道梁采用C45混凝土叠合结构，宽度为1.2m，高度为2.5m，预制部分高度为
2.05m。纵梁采用C40混凝土叠合结构，宽度为0.7m，高度为2.0m，预制部分
高度为1.55m。面板为混凝土叠合板，预制板厚度为0.3m，现浇面层厚度为0.15m，
面层顶面设现浇磨耗层，磨耗层最小厚度为50mm。码头安装SUC1150两鼓一
板标准型鼓型橡胶护舷、1000kN系船柱和QU100钢轨。系缆墩为C40现浇墩台
结构，长8m，宽10m，厚2m。桩基采用6根直径1000mm钢管桩。码头断面
如图1所示。

图1码头结构断面图

3.建模

3.1.模型建立

高桩码头采用国际通用有限元软件MIDASCIVIL进行整体建模分析，码头
面板采用板单元模拟，纵梁、横