專利名稱：一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，屬于港口工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在船舶大型化和碼頭泊位深水化的趨勢下，如何從減少工程費(fèi)用出發(fā)，提出一種既能適應(yīng)大型船舶的靠泊，又能充分發(fā)揮基樁承載能力的大型深水碼頭，已成為港口工程界的重要研究課題。現(xiàn)有的拱式結(jié)構(gòu)碼頭均將拱應(yīng)用于橫梁和面板上，且存在的共同問題是型式復(fù)雜，對荷載和跨度要求高，僅適用于荷載不大的碼頭，因此目前國內(nèi)各大港口仍以重力式和高樁梁板式這兩種結(jié)構(gòu)為主。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對背景技術(shù)的缺陷，提供一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)，其特征在于包括拱式縱梁、橫向支撐結(jié)構(gòu)、面板、兩個(gè)樁基墩臺(tái)及其基樁；所述橫向支撐結(jié)構(gòu)包括橫梁和N個(gè)橫向水平撐；其中，所述拱式縱梁橫向擱置在樁基墩臺(tái)上，包括上弦桿、拱圈梁，所述上弦桿與拱圈梁相交；其中，上弦桿的高度及寬度均與拱圈梁相同，所述N個(gè)橫向水平撐依次擱置在上弦桿的牛腿上，與之構(gòu)成梁格；相鄰橫向水平撐的間距根據(jù)面板的內(nèi)應(yīng)力及施工的影響因素確定；所述面板擱置在所述N個(gè)橫向水平撐構(gòu)成的梁格的平面上；所述橫梁分別設(shè)置在拱式縱梁的兩端，高度與拱式縱梁的高度相同。優(yōu)選的，本實(shí)用新型的一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)，面板采用迭合板，包括現(xiàn)澆層和磨耗層。優(yōu)選的，本實(shí)用新型的一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)，還包括附加構(gòu)件，所述附加構(gòu)件包括吊桿、拉桿、腹桿；其中腹桿采用豎桿式，設(shè)置在拱圈梁與上弦桿之間，其一端垂直連接橫向水平撐的下方，另一端與拱圈梁連接，腹桿的寬度與上弦桿及拱圈梁一致；所述拉桿采用 “工”字鋼，橫向水平設(shè)置在拱圈梁下方；所述吊桿設(shè)置在拱圈梁和拉桿之間，用于連接拉桿與拱式縱梁。優(yōu)選的，本實(shí)用新型的一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)，拱圈梁、上弦桿、橫向水平撐、腹桿的截面均為矩形。優(yōu)選的，本實(shí)用新型的一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)，腹桿與橫向水平撐的截面尺寸相同。優(yōu)選的，本實(shí)用新型的一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)，基樁采用全直樁式結(jié)構(gòu)的鋼管樁。優(yōu)選的，本實(shí)用新型的一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)，鋼管樁的外層涂覆100%含量聚氨脂涂料。優(yōu)選的，本實(shí)用新型的一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)，在水下區(qū)及泥面以下區(qū)，所述鋼管樁的外層還包括一層陰極保護(hù)層。本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果1、提高施工速度拱式縱梁結(jié)構(gòu)可使排架間距大幅度增加，既減少了基樁的數(shù)量還減少水下施工工程量，而且大型構(gòu)件可以在陸上預(yù)制、現(xiàn)場安裝，加快了施工速度。2、降低工程造價(jià)高樁碼頭的沉樁費(fèi)用較高，在工程造價(jià)中占較大比例，拱式縱梁結(jié)構(gòu)減少了基樁數(shù)量，從而可以降低工程造價(jià)。3、結(jié)構(gòu)耐久拱式縱梁的碼頭結(jié)構(gòu)型式受力性能良好，排架間距大；整個(gè)上部結(jié)構(gòu)具有很大的空間剛度，構(gòu)件大多采用鋼筋混凝土預(yù)制，立模和澆筑混凝土較方便；整體結(jié)構(gòu)的通風(fēng)好，有利于提高構(gòu)件的耐久性。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的仰視圖。圖3為圖1的側(cè)視圖。圖中標(biāo)號(hào)解釋1、拱圈梁，2、上弦桿，3、橫向水平撐，4、橫梁，5、面板、6、吊桿，7、拉桿，8、腹桿，9、牛腿，10、基樁，11、樁基墩臺(tái)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明如圖1，結(jié)合圖2、圖3所示，一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)，包括拱式縱梁、橫向支撐結(jié)構(gòu)、面板5、附加構(gòu)件、基樁、樁基墩臺(tái)以及附屬設(shè)施。橫向支撐結(jié)構(gòu)包括橫梁4和橫向水平撐3 ；附加構(gòu)件包括吊桿6、拉桿7、腹桿8以及牛腿9。拱式縱梁橫向擱置在樁基墩臺(tái)上，拱式縱梁之間增設(shè)預(yù)制橫向水平撐3，橫向水平撐3擱置在拱式縱梁的上弦桿的牛腿9上，與之構(gòu)成梁格；面板5擱置在橫向水平撐3上； 樁基墩臺(tái)現(xiàn)澆，橫梁4也采用現(xiàn)澆矩形結(jié)構(gòu)，與拱式縱梁等高布置；面板5采用技術(shù)成熟的迭合板，上設(shè)現(xiàn)澆層和磨耗層；拱式縱梁、橫梁4、橫向水平撐3、面板5之間整體連接，與樁基墩臺(tái)之間現(xiàn)澆成整體，形成了整體性好、剛度大的上部結(jié)構(gòu)。上弦桿2上擱置有橫向水平撐3，橫向水平撐3上擱置面板5，因此，拱式縱梁的上弦桿2除作為桁架的一部分受力外，還必須滿足上部結(jié)構(gòu)傳遞荷載和施工荷載的要求；上弦桿2及拱圈梁1均采用鋼筋混凝土的材料，剛度保持一致，彎矩均勻分配；為方便施工， 上弦桿2截面采用矩形，高度及寬度均與拱圈梁1相同；上弦桿2與拱圈梁1相交；拱圈梁 1為主要受壓構(gòu)件，需保證具有足夠的截面面積從而滿足受壓要求；拱圈梁1采用等截面設(shè)計(jì)，中小跨徑的拱圈截面一般采用矩形，肋高約為跨徑的1/40 1/60，肋寬為肋高的0. 5 2. 0倍，具體數(shù)值的選取需視碼頭結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況而定。腹桿8采用豎桿式，其截面采用矩形，寬度與上弦桿2及拱圈梁1保持一致，腹桿8 的位置需綜合考慮橫向水平撐3和面板5的尺寸和位置，并盡量使腹桿8位于橫向水平撐 3的正下方，以更好地將上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的荷載傳遞到拱圈梁1上；拉桿7采用“工”字鋼；吊桿6設(shè)置在拱圈梁1和拉桿7之間，是拉桿7與整個(gè)拱式縱梁形成一個(gè)整體。橫向水平撐3設(shè)計(jì)成矩形截面，截面尺寸盡量與腹桿8相近，且安放位置盡量位于腹桿8的正上方；間距的選取需考慮面板5內(nèi)力及施工的影響因素。同時(shí)，本實(shí)用新型拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)的基樁的設(shè)置采用全直樁式結(jié)構(gòu)，基樁使用大直徑鋼管樁，樁的數(shù)目需根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載作用下的樁基承載能力進(jìn)行確定；考慮到鋼管樁在海水中容易腐蝕的特點(diǎn)，對鋼管樁應(yīng)進(jìn)行防腐蝕保護(hù)，在鋼管樁浪濺區(qū)、水位變動(dòng)區(qū)及水下區(qū)采用100%含量聚氨脂涂料；在水下區(qū)及泥面以下區(qū)再施加犧牲陽極的陰極保護(hù)。實(shí)施例下面以洋山港三期工程為例進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)碼頭的設(shè)計(jì)高水位4. 51m,設(shè)計(jì)低水位0. 53m,碼頭面高程8. IOm,前沿設(shè)計(jì)水深 18. Om ；樁基墩臺(tái)現(xiàn)澆，選取拱式縱梁總高度5m，樁基墩臺(tái)的面高程為3. lm。碼頭前沿至前軌為細(xì)，集裝箱岸橋軌距為35m，后軌至碼頭后沿為3. 5m,碼頭寬度為42. 5m，在兩個(gè)軌道下方分別設(shè)置拱式縱梁，即門機(jī)軌道梁，門機(jī)梁之間再設(shè)置3個(gè)拱式縱梁，即普通縱梁，兩縱梁之間的橫向間距為8. 75m。排架間距^m (即拱的跨徑^m)，拱的矢高3. 5m，矢跨比1/8 ；碼頭上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆混凝土橫梁4、預(yù)制鋼筋混凝土懸鏈線拱式縱梁、疊合面板5結(jié)構(gòu)形式；橫梁4截面尺寸為 5. OmXl. 0m，上弦桿 21. 5mXO. 8m，拱圈梁 1 為 1. 5mXO. 8m，橫向水平撐 30. 6mXO. 8m, 腹桿8為0. 6mXO. 8m。兩拱式縱梁的橫向間距為8. 75m,縱梁之間設(shè)置的橫向水平撐3間距為3. 5m,預(yù)制面板5每塊長％!、寬3. 2m、厚度0.細(xì)、磨耗層厚度為0. 05m ；在碼頭42. 5m的寬度范圍內(nèi)，一個(gè)^m的排架設(shè)置有縱梁5個(gè)，橫梁4為8根，橫向水平撐3為36根，面板 5為64塊?；鶚恫捎弥睆綖?500mm的鋼管樁，打入深度與洋山港三期工程一致，門機(jī)軌道梁下的樁基墩臺(tái)邊長5. 6m,高1. 5m,墩臺(tái)下布置3根鋼管樁；在碼頭42. 5m的寬度范圍內(nèi)，每榀排架設(shè)計(jì)12根鋼管樁。拱圈梁1下端的拉桿7采用“工”字鋼，彈性模量萬=2. IXlO5 N/mm2，高度力= 400mm，翼緣寬度力=146mm，腹板厚 『=14. 5mm，截面積J=10200mm2 ；吊桿6采用熱軋無縫鋼管，鋼管外徑i/=146mm，管壁厚度i=10mm，截面積J= 4273mm2。拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)的拱軸線的計(jì)算方法，具體如下步驟A，建立適合拱式縱梁結(jié)構(gòu)的合理拱軸線的基本方程y =一各)+ 33(x —去)+a4〔x-~〕+α5〔；( O^ 7,0^ f )式中1 —拱的跨徑(m)；f——拱的矢高(m)；計(jì)算過程中，χ的坐標(biāo)需按等差數(shù)列進(jìn)行取值；步驟B-1，定義拓?fù)鋬?yōu)化問題，拱式縱梁的材料為鋼筋混凝土，對其彈性模量和泊松比進(jìn)行定義，生成合適的有限單元的模型；步驟B-2，選擇單元類型，采用精度相對較高的二維八節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)實(shí)體單元PLANE82 ；步驟B-3，指定優(yōu)化區(qū)域，通過定義單元類型號(hào)指定優(yōu)化區(qū)域和非優(yōu)化區(qū)域，模型中單元類型編號(hào)為1的網(wǎng)格進(jìn)行優(yōu)化，編號(hào)大于或者等于2的網(wǎng)格不進(jìn)行優(yōu)化；步驟B-4，定義和控制優(yōu)化過程，分別通過ANSYS的命令tocomp，tovar, totype定義拓?fù)鋬?yōu)化函數(shù)，定義目標(biāo)函數(shù)和約束條件，初始化拓?fù)鋬?yōu)化模型和執(zhí)行拓?fù)鋬?yōu)化；步驟B-5，根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化所得到的拱軸線(巧，乃)數(shù)據(jù)序列，利用正交多項(xiàng)式構(gòu)造
的最小二乘法，得出式中各項(xiàng)系數(shù)& ( i=l,2, 3,4, 5)與跨徑/的關(guān)系。根據(jù)上述方法，得出各項(xiàng)系數(shù)& ( i=l, 2，3，4，5)與跨徑/的關(guān)系
權(quán)利要求1.一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)，其特征在于包括拱式縱梁、橫向支撐結(jié)構(gòu)、面板(5)、兩個(gè)樁基墩臺(tái)及其基樁；所述橫向支撐結(jié)構(gòu)包括橫梁(4)和N個(gè)橫向水平撐(3)；其中，所述拱式縱梁橫向擱置在樁基墩臺(tái)上，包括上弦桿(2)、拱圈梁(1)，所述上弦桿與拱圈梁相交；其中，上弦桿的高度及寬度均與拱圈梁相同，所述N個(gè)橫向水平撐依次擱置在上弦桿的牛腿(9)上，與之構(gòu)成梁格；相鄰橫向水平撐的間距根據(jù)面板的內(nèi)應(yīng)力及施工的影響因素確定；所述面板擱置在所述N個(gè)橫向水平撐構(gòu)成的梁格的平面上；所述橫梁分別設(shè)置在拱式縱梁的兩端，高度與拱式縱梁的高度相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)，其特征在于所述面板采用迭合板，包括現(xiàn)澆層和磨耗層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)，其特征在于還包括附加構(gòu)件，所述附加構(gòu)件包括吊桿(6)、拉桿(7)、腹桿(8);其中腹桿采用豎桿式，設(shè)置在拱圈梁與上弦桿之間，其一端垂直連接橫向水平撐的下方，另一端與拱圈梁連接，腹桿的寬度與上弦桿及拱圈梁一致；所述拉桿采用“工”字鋼，橫向水平設(shè)置在拱圈梁下方；所述吊桿設(shè)置在拱圈梁和拉桿之間，用于連接拉桿與拱式縱梁。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)，其特征在于所述拱圈梁、上弦桿、 橫向水平撐、腹桿的截面均為矩形。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)，其特征在于所述腹桿與橫向水平撐的截面尺寸相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)，其特征在于所述基樁采用全直樁式結(jié)構(gòu)的鋼管樁。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)，其特征在于所述鋼管樁的外層涂覆100%含量聚氨脂涂料。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)，其特征在于在水下區(qū)及泥面以下區(qū)，所述鋼管樁的外層還包括一層陰極保護(hù)層。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種拱式縱梁碼頭結(jié)構(gòu)，包括拱式縱梁、橫向支撐結(jié)構(gòu)、面板(5)、兩個(gè)樁基墩臺(tái)及其基樁，拱式縱梁橫向擱置在樁基墩臺(tái)上，所述橫向支撐結(jié)構(gòu)包括橫梁(4)和N個(gè)橫向水平撐(3)；其中，所述拱式縱梁包括上弦桿(2)、拱圈梁(1)，所述上弦桿與拱圈梁相交；N個(gè)橫向水平撐依次擱置在上弦桿的牛腿(9)上，與之構(gòu)成梁格；所述面板擱置在所述N個(gè)橫向水平撐構(gòu)成的梁格的平面上；所述橫梁分別設(shè)置在拱式縱梁的兩端，高度與拱式縱梁的高度相同。本實(shí)用新型的拱式縱梁、橫梁、橫向水平撐、面板之間整體連接，與樁基墩臺(tái)之間現(xiàn)澆成整體，形成了整體性好、剛度大的上部結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)E02B3/04GK202157300SQ201120220599
公開日2012年3月7日 申請日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者翟秋, 魯子愛 申請人:河海大學(xué)