温度与荷载共同作用下钢筋混凝土桩的细观损伤

为探究港口码头不同环境因素对码头桩身材料特性的劣化影响而降低桩身承载能力,通过颗粒流分析程序(particle flow code 3D,PFC3D)建立三维颗粒流离散元钢筋混凝土桩模型开展研究。对温度-应力模型进行建立,选取热学参数,构建了温度热管模型,通过分级加热,得到了钢筋混凝土桩的横向拉伸应变、纵向压缩应变以及微裂缝生长数量随温度变化曲线;调整模型混凝土粗骨料占比与强度等级,研究其对钢筋混凝土桩受热损伤的影响;通过施加温度场的模型进行水平加荷载后,得到的应力应变曲线;基于模型微裂隙数量的损伤变量,并构建了损伤变量-轴向应变曲线,进一步分析了温度-荷载共同作用的损伤规律。结果表明:混凝土轴向压缩应变和横向拉伸应变会随温度的增加而逐渐升高,细观微裂隙数量会随温度的升高而增长;粗骨料占比升高会使受热初始损伤增加;温度的升高,材料的宏观力学性能出现了不同程度的降低。

深圳沿海某大型LNG码头平面设计要点分析

在国内LNG码头建设的新形势及新要求下,参照深圳沿海某大型LNG码头及陆域实际设计案例,采用规范和软件分析计算LNG码头泊位长度,并采用系泊物理模型试验进行验证及评估。通过现状及自然条件的分析,对陆域形成提出优化方案,并采用潮流泥沙数模试验分析等技术手段验证优化的陆域形态的合理性,同时对陆域形成的高程确定进行了系统分析。上述平面设计要点及技术问题的分析及解决方案,可为类似LNG码头以及陆域形成工程提供参考。

南京某高桩码头靠泊能力仿真分析与在线监测预警

高桩码头服役环境复杂,码头结构在数十年的运行期内会发生不同程度的损伤,影响码头的安全运营。在码头运行过程中,船舶荷载是高桩码头结构的主要荷载,对码头结构的安全性、耐久性影响较大。本文对南京港某码头靠泊能力进行了有限元仿真分析,提出船舶靠泊过程中的三级安全预警阈值;结合长期在线监测,为码头结构安全服役提供技术支撑。研究结果表明:在船舶撞击1#排架的情况下,船舶撞击力达到238 kN时,码头结构响应达到三级预警指标,码头位移为3.8 mm,桩基顶部应变为69×10-6;船舶撞击力达到323 kN时,码头结构响应达到二级预警指标,码头位移为5.1 mm,桩基顶部应变为100×10-6;船舶撞击力达到471 kN,码头结构响应达到一级预警指标码头位移为7.5 mm,桩基顶部应变为156×10-6。在线监测预警结果表明,码头结构具备5 000吨级船舶靠泊能力,在规范靠泊的前提下,能够满足8 000吨级船舶靠泊的结构安全要求。

高桩码头结构安全监测预警模型及工程应用

高桩码头结构在服役期内会出现不同程度的损伤,导致码头结构安全性降低。为保证码头长期安全运行,可通过实时监测确定码头运行状态并及时预警。提出一种高桩码头结构安全监测预警模型,采用不同结构状态的设计控制值作为不同级别的预警阈值,每级预警阈值对应不同的风险程度,针对不同级别的预警提出相应处置措施。将该预警模型应用于南京港某高桩码头的安全监测,对可变荷载作用下码头结构位移和桩基应变进行实时监测,并计算设置码头结构位移和桩基应变三级安全预警阈值。结果表明,码头安全预警阈值的设置及安全告警的应对措施科学有效,实现了码头结构全工况整体技术状态评估和安全预警。

LNG码头系缆墩平面布置

球罐型LNG船在全球LNG船舶中占比达到22%。其中,5个球罐的LNG船因其管汇位置与OCIMF规定存在很大差异,导致船舶不得不偏心靠泊,因此在对称码头布置情况下的系缆效果较差。通过实例分析对比,研究代表船型在对称和不对称码头布置情况下的系缆情况,得出非对称的平面布置能更好地适应球罐型LNG船的系缆;非对称布置码头在兼顾非球罐型LNG船系缆的前提下,提高了球罐型LNG船的系缆效果,提升了整个码头的靠泊兼容性。

基于无基准动态位移监测的江苏某高桩码头变位特征与安全预警

高桩码头服役环境复杂,船舶与门机等可变荷载作用下结构变位安全问题突出。然而,高桩码头通常不具备参照基准,且在离岸严苛条件下服役是常态,动态位移监测成为挑战。采用码头无基准动态位移监测技术,对江苏某高桩码头进行实时位移监测。详细分析门机作业和船舶撞击条件下码头位移响应规律,基于码头适用性、安全性提出该码头的两级预警指标。结合数值仿真计算,提出该码头不同吨级船舶靠泊建议。研究表明:门机的作业位置是影响码头位移响应大小的直接因素。码头第一结构段在船舶撞击作用下,因引桥等边界条件的影响,导致A_(2)监测点的位移响应在X、Y方向上均较大。一级预警指标由码头主要荷载作用组合的最大值推算,位移响应值为15.39 mm。二级预警指标由混凝土抗拉极限应力值为评判标准,位移响应值为19.14 mm。相应地,1万吨级船舶靠泊时法向速度不应超过0.19 m/s, 5 000吨级船舶靠泊时法向速度不应超过0.22 m/s。

重力式码头升级改造板桩墙后土压力分布

针对重力式码头升级改造新建板桩墙方案板桩墙后土压力分布问题,开展新建板桩墙距已有重力式墙身不同距离的土压力分布规律研究。采用有限元数值模拟和理论公式计算对比分析,得出作用在前板桩墙上的土压力小于理论主动土压力,即存在贮仓效应的结论。建议重力式码头改造工程设置前板桩墙时,采用公式合理选取贮仓尺寸,或根据新建板桩墙距已有码头墙身的距离采用有限元计算作用在板桩墙上的土压力,避免保守或激进设计。

智慧系统在液体散货码头装卸工艺中的应用

结合智慧港口应用热点和当前行业发展现状,以某液体散货码头为例,针对码头装卸工艺中智慧系统的应用,从智能装卸臂、在线腐蚀监测、在线自动取样、管道无人巡检等系统进行多角度的分析,提出可在当前液体散货码头装卸工艺中落实的智慧系统模块的应用方案。该方案可减少现场工人的工作量,通过数据赋能提升码头运营、管理等作业效率,提高港口管理的信息化、精准化,并可为类似工程提供参考。

自动化集装箱码头ARMG轨道基础设计

自动化集装箱码头堆场常采用ARMG进行集装箱自动化装卸作业,ARMG轨道基础的合理设计是保证ARMG自动化作业安全高效运行的关键。通过对比分析天然地基轨道基础、复合地基轨道基础、桩基轨道基础3种常用ARMG轨道基础设计方案的特点,并针对3种方案进行全生命周期的费用分析,提出自动化集装箱码头ARMG轨道基础的推荐方案以及轨道基础过路段差异沉降的控制措施。研究成果可为自动化集装箱码头ARMG轨道基础设计提供借鉴。

灌浆料对预制承插式桩芯与钢管桩黏结性能影响试验研究

高桩码头的桩芯、桩帽为桩顶连接关键结构,而传统水上现浇施工通常面临作业难、施工质量影响因素多等问题。预制承插式桩芯桩帽结构由水上现浇转变为工厂预制,通过超高性能混凝土灌浆料与钢管桩形成桩顶结构,避免了水文条件对其施工的影响。通过物模试验开展预制桩芯-桩帽结构的破坏模式及灌浆料配比研究,结果表明:竖向荷载下桩顶结构的灌浆料与预制桩芯界面黏结不动,仅灌浆料与钢管之间产生相对滑移,灌浆料与钢管内壁的界面黏结性能相对薄弱;灌浆料与钢管的黏结强度随钢纤维掺入而减小,随膨胀剂掺入而增大;塑性膨胀剂掺量0.08%、中后期国标Ⅱ型膨胀剂掺量12%组合为最优配比,其界面黏结强度在28 d内呈增长趋势,28 d后趋于稳定。

透水结构在大型散货码头中的适宜性应用研究

为了符合国家围填海的政策要求,京唐港区新建2个30万t级散货泊位需采用透水结构。结合工程位置的建设条件,开展了钢管桩梁板式高桩、灌注桩直桩承台、重力墩式+预应力梁、透水沉箱四种透水结构的适宜性应用研究,并对技术上可行的灌注桩直桩承台方案和透水沉箱方案从技术、经济、施工、运营等方面进行了综合比选,确定最符合项目要求的设计方案。本文关于透水结构的遴选策略和设计思路,可为受限海域类似工程建设提供参考。

自动化门座起重机在散货码头中的应用

传统门座起重机司机是在司机室进行操作,操作司机存在环境观察不到位、精神不集中、起吊过快、起升高度不足等方面问题,且司机劳动强大,工作环境较为恶劣,容易造成一定程度的职业损伤。实现自动化作业后能够极大的减少装卸过程中人工的参与,有效防止了人为因素造成的生产事故,大大提高了生产作业的安全性,减少了事故所带来的经济损失及社会影响。

某钢筋混凝土栈桥的异常振动成因分析

为研究栈桥异常振动原因并对结构进行安全性评估,在缺失结构异常振动期间观测数据的情况下,基于现场检测、动力测试及数值仿真3种方式相结合,将导致异常振动的内因和外因逐一排查,筛选高可能性因素进行异常振动成因分析。研究表明,栈桥的异常振动是由水平承载系统的第2阶自振频率与激振频率共振以及托辊转速较小差异导致的“拍现象”综合导致。其中,托辊对栈桥产生的拉扯激振是导致其异常振动的主要因素。该研究成果可为类似水运工程结构的异常振动成因分析提供参考价值。

三峡库区滑坡涌浪作用下桥墩波压特性研究

由于三峡库区的非开敞性,滑坡引起的涌浪衰减较慢,传播过程中可能对沿程桥墩产生巨大破坏。以涪陵长江二桥为依托,构建了比例尺为1∶70的库区河道水槽,试验模拟了滑坡涌浪对桥墩的作用。结果表明:桥墩上涌浪波压分为共振波压(P_(re))和脉动波压(P_(pu)),共振波压为涌浪冲击桥墩瞬间桥墩共振产生的高频振动波,频率为300.0~400.0 Hz;脉动波压为波浪作用过程产生的压力,频率为0.2~0.5 Hz;脉动波压在对岸桥墩上沿水深的分布近似为垂直分布,在同岸桥墩沿水深锯齿状减小,最大脉动波压分布在水面附近;共振波压沿水深分为单峰值、多峰值和无峰值3种,10万m^(3)以上大方量滑坡产生的共振波压为单峰值和多峰值分布,单峰值的峰值波压是水面波压的5.0倍,多峰值的峰值波压为水面波压的2.5倍~4.0倍,10万m^(3)以下滑坡产生的共振波压呈现无峰值分布;共振波压沿水深呈先增大后减小的“侧V”形;P_(re)/P_(pu)最大位置在距水面1/3水深位置,第二大位置在距水面1/5水深位置。该文提出了桥墩迎波面涌浪压力荷载计算模型,并针对三峡库区不同运行水位给出了相应水位条件下最大涌浪波压的计算公式。

礁坪上单桩在孤立波作用下的受力状况研究

文中介绍了孤立波冲击礁坪上单桩的三维水槽试验和OpenFOAM数值模拟研究。礁体模型坡度为1∶4,直径0.15 m的单桩布置在礁坪上。试验以水深的30%作为入射孤立波的波高,对沿程波面、特定位置处流速以及单桩上波浪冲击荷载进行了采集。选用realizable k-ε湍流模型进行RANS数值模拟,并与物理试验数据进行验证分析。基于试验数据和RANS模拟结果,研究了岛礁地形上孤立波传播的水动力特性及其对礁坪上单桩的作用力,并探讨了不同坡度和入射波高下孤立波对单桩作用力的影响。研究成果对于桩基础选址和防护有一定工程指导意义。

考虑清淤策略的桩基时变可靠度分析

为发展淤积岸坡-高桩码头相互作用体系结构可靠性分析方法,基于Fick第二定律推导了能考虑氯离子侵蚀效应的二维扩散模型,并采用时间离散法提出了一种综合考虑结构抗力衰减、淤积作用量化和预测,以及桩基受力变形分析的高桩码头桩基时变可靠度数值计算方法。并结合以目标可靠度为导向的清淤策略,编写了淤积岸坡-高桩码头体系时变可靠度外挂求解程序DPRP。在此基础上,开展了多工况计算分析,探讨了高桩码头桩基时变可靠度的演化规律。计算分析结果表明:码头近海侧桩基可靠度更易低于目标可靠度,在实际工程中需重点养护与修复;泥沙淤积作用会降低多数桩基时变可靠度,而对于近海侧及近岸侧且向岸倾斜的斜桩,其时变可靠度则会因泥沙淤积作用而增大。该高桩码头桩基时变可靠度数值求解流程框架及对应外挂子程序DPRP,可为高桩码头-岸坡相互作用体系的相关工程设计与可靠性评价提供参考。

深圳LNG应急调峰站取水口设计

根据深圳LNG应急调峰站取水口平面布置,结合其使用功能特点和施工过程,取水口结构采用与护岸同步施工。针对取水口结构尺寸大、质量过大、浮运安装比较困难的问题,进行针对性的结构设计,采取“预制浮坞式+现场二次浇筑”方案,并对不同工况下结构内力进行数值分析。结果表明,该方案能满足设计要求,较好地克服施工过程中遇到的困难,并顺利通过交工验收,达到了节约成本和缩短工期的目的。

多元荷载作用下软基深水高桩码头结构承载特性研究

软基深水高桩码头结构受到恶劣外海环境荷载及复杂工作荷载等多元荷载的共同作用。研究表明,船舶撞击荷载是该结构水平向控制荷载,但波浪长期循环荷载作用会引起桩周土体软化,进而导致码头结构在其它荷载作用下承载特性的劣化。鉴于此,首先基于ABAQUS有限元软件建立了深水高桩码头结构-地基土体相互作用的三维弹塑性有限元模型;然后,借助USDFLD子程序实现了同时考虑土体强度弱化和刚度衰减的模拟,进而开展了未考虑土体软化、仅考虑土体强度弱化、仅考虑土体刚度衰减以及同时考虑土体强度弱化和刚度衰减对码头结构承载特性影响的对比分析。研究结果表明,与未考虑土体软化时撞击荷载作用下码头结构安全系数相比,仅考虑土体强度弱化时其值降低14.72%,仅考虑土体刚度衰减时其值降低15.28%,同时考虑土体强度弱化和刚度衰减时其值降低19.44%,且考虑土体软化后桩周土体的塑性应变范围明显增大,极限状态时桩身应力值减小,结构稳定性显著降低。

双侧靠泊油码头靠船墩结构的设计优化

针对双侧靠泊平面布置形式的离岸式油码头的靠船墩设计,通过有限元计算软件建立分析模型,对3个不同设计方案的靠船墩结构受力进行分析,得到每个方案的桩顶轴力、弯矩和墩台位移等计算结果,并对其进行对比。结果表明:船舶撞击力为靠船墩设计的控制性荷载,双侧泊位的船舶撞击力一般不同时发生且作用方向相反,共用靠船墩的设计方案能部分分担甚至抵消一侧船舶撞击力,从而显著改善结构受力,减小桩基内力和墩台位移,并节约建设成本。

中外规范重力式码头结构计算方法对比

针对沉箱重力式码头结构采用国内外不同标准计算,进行各规范计算方法的对比研究。采用概率理论为基础的极限状态设计方法,对某新建沉箱重力式码头结构进行计算,重点对比中外规范对不同荷载分项系数以及工况组合差异,分析不同规范工况组合下沉箱重力式码头结构抗倾抗滑稳定性的差异。得出在进行抗滑稳定验算时,美标和欧标组合M2的设计偏安全,中标介于欧标组合M2和M1之间,日标的安全系数偏小;在抗倾稳定验算时,欧标对比中标相对偏安全,美标和日标的综合安全系数高于欧标和中标。本文对比研究可以为国内外沉箱重力式码头工程的设计提供相关的借鉴和参考。