[发明专利]一种拱式纵梁码头结构及其拱轴线计算方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种拱式纵梁码头结构设计及其拱轴线计算方法，属于港口工程结构领域。

背景技术

在船舶大型化和码头泊位深水化的趋势下，如何从减少工程费用出发，提出一种既能适应大型船舶的靠泊，又能充分发挥基桩承载能力的大型深水码头，已成为港口工程界的重要研究课题。

现有的拱式结构码头均将拱应用于横梁和面板上，且存在的共同问题是：型式复杂，对荷载和跨度要求高，仅适用于荷载不大的码头，因此目前国内各大港口仍以重力式和高桩梁板式这两种结构为主。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提供一种拱式纵梁码头结构设计及其拱轴线计算方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种拱式纵梁码头结构，其特征在于：包括拱式纵梁、横向支撑结构、面板、两个桩基墩台及其基桩；所述横向支撑结构包括横梁和N个横向水平撑；其中，

所述拱式纵梁横向搁置在桩基墩台上，包括上弦杆、拱圈梁，所述上弦杆与拱圈梁相交；其中，上弦杆的高度及宽度均与拱圈梁相同，所述N个横向水平撑依次搁置在上弦杆的牛腿上，与之构成梁格；相邻横向水平撑的间距根据面板的内应力及施工的影响因素确定；

所述面板搁置在所述N个横向水平撑构成的梁格的平面上；

所述横梁分别设置在拱式纵梁的两端，高度与拱式纵梁的高度相同。

优选的，本发明的一种拱式纵梁码头结构，面板采用迭合板，包括现浇层和磨耗层。

优选的，本发明的一种拱式纵梁码头结构，还包括附加构件，所述附加构件包括吊杆、拉杆、腹杆；其中腹杆采用竖杆式，设置在拱圈梁与上弦杆之间，其一端垂直连接横向水平撑的下方，另一端与拱圈梁连接，腹杆的宽度与上弦杆及拱圈梁一致；所述拉杆采用“工”字钢，横向水平设置在拱圈梁下方；所述吊杆设置在拱圈梁和拉杆之间，用于连接拉杆与拱式纵梁。

优选的，本发明的一种拱式纵梁码头结构，拱圈梁、上弦杆、横向水平撑、腹杆的截面均为矩形。

优选的，本发明的一种拱式纵梁码头结构，腹杆与横向水平撑的截面尺寸相同。

优选的，本发明的一种拱式纵梁码头结构，基桩采用全直桩式结构的钢管桩。

优选的，本发明的一种拱式纵梁码头结构，钢管桩的外层涂覆100%含量聚氨脂涂料。

优选的，本发明的一种拱式纵梁码头结构，在水下区及泥面以下区，所述钢管桩的外层还包括一层阴极保护层。

本发明还提供一种拱式纵梁码头结构的拱轴线的计算方法，具体步骤如下：

步骤A，建立适合拱式纵梁结构的合理拱轴线的基本方程：

 ( 0≤ x≤ l，0≤ y≤ f )

式中：l 表示拱的跨径(m)，f 表示拱的矢高(m)；a₁、a₂、a₃、a₄、a₅分别为方程的系数，x表示横向坐标值，x按等差数列进行取值；

步骤B，进行拓扑优化过程；

步骤C，根据拓扑优化所得到的拱轴线数据序列，利用正交多项式构造的最小二乘法，得出式中各项系数a_i ( i =1,2,3,4,5)与跨径l的关系；

步骤D，将步骤C结果带入步骤A的公式中，得到拱轴线。

进一步的，前述拱式纵梁码头结构的拱轴线的计算方法中，步骤B的具体步骤如下：

步骤B-1，定义拓扑优化问题，根据拱式纵梁的材料，对其弹性模量和泊松比进行定义，生成有限单元的模型；

步骤B-2，采用二维八节点结构实体单元PLANE82作为单元类型；

步骤B-3，指定优化区域：通过定义单元类型号指定优化区域和非优化区域，对模型中单元类型编号为1的网格进行优化，编号大于或者等于2的网格不进行优化；

步骤B-4，定义和控制优化过程，分别通过ANSYS的命令tocomp，tovar，totype定义拓扑优化函数，定义目标函数和约束条件，初始化拓扑优化模型和执行拓扑优化。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：