摘 要：本文結(jié)合某坐床式圓筒碼頭工程實(shí)例，應(yīng)用Midas/Civil軟件分析整個(gè)圓筒頂部都有墊板兼做卸荷板的情況下預(yù)制墊板的內(nèi)力，說明有限元軟件在處理該類邊界條件為非常規(guī)支承的結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性及準(zhǔn)確性，并對現(xiàn)行規(guī)范提出一些建議。 

關(guān)鍵詞：Midas軟件 坐床式圓筒碼頭 預(yù)制墊板 內(nèi)力分析 
　　1.引言 
　　在坐床式圓筒碼頭設(shè)計(jì)中，預(yù)制墊板的內(nèi)力計(jì)算對結(jié)構(gòu)配筋起著決定性的作用。依據(jù)現(xiàn)行《重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（JTS167-2-2009）的規(guī)定：“預(yù)制胸墻墊板的內(nèi)力可按兩端懸臂的簡支板計(jì)算，懸臂計(jì)算長度可采用板寬1/2處的懸臂長度，如圖1所示。”規(guī)范中僅規(guī)定了胸墻位置有墊板的情況下墊板內(nèi)力的計(jì)算方法，但是并未提出如果整個(gè)圓筒頂部都有墊板兼做卸荷板時(shí)，預(yù)制墊板內(nèi)力應(yīng)該如何計(jì)算，如果還是按照兩端懸臂的簡支板計(jì)算，顯然內(nèi)力計(jì)算結(jié)果是偏大的。 
　　本文結(jié)合某坐床式圓筒碼頭工程實(shí)例，在整個(gè)圓筒頂部都有墊板兼做卸荷板的情況下，采用Midas/Civil軟件建模對預(yù)制墊板的內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算，最后結(jié)合《建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊》（第二版）（以下簡稱《手冊》）進(jìn)行驗(yàn)證，提出該種情況下預(yù)制墊板內(nèi)力計(jì)算的解決方法。 
　　2.工程簡介 
　　本工程碼頭結(jié)構(gòu)采用坐床式圓筒結(jié)構(gòu)，按30000GT客船設(shè)計(jì)。圓筒上部為預(yù)制墊板，強(qiáng)度等級為C40，墊板沿碼頭方向長度9.32m，懸臂長度1.50m，寬度10.0m，厚度1.0m，墊板與圓筒之間設(shè)置碎石倒濾層并在其上鋪設(shè)土工布。墊板上部為現(xiàn)澆胸墻，后方回填中粗砂。結(jié)構(gòu)斷面見圖2。 
　　結(jié)構(gòu)荷載分為永久作用和可變作用，其中永久作用為結(jié)構(gòu)自重：混凝土γ砼=25kN/m3，回填中粗砂γ砂=185kN/m3，可變作用為碼頭面均布荷載q=20kPa。 
　�。�1）建模：首先定義預(yù)制墊板的材料和截面特性，材料選取C40混凝土。然后建立一個(gè)9.32m×10m×1m的板，將板分割為板單元。 
　�。�2）邊界條件：由于預(yù)制墊板直接擱置在圓筒頂部，所以沿圓筒圓周使用一般支承輸入邊界條件，將圓周節(jié)點(diǎn)的Dx，Dz，Dy自由度約束。 
　�。�3）靜力荷載：本工程預(yù)制墊板的荷載包括墊板本身的自重、胸墻的荷載、回填砂的荷載和碼頭面的均布荷載，先定義荷載工況，然后使用靜力荷載中的自重和壓力荷載功能輸入模型的荷載。 
　�。�4）運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析：建立板單元、輸入邊界條件和荷載后，即可運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析。 
　　（5）查看分析結(jié)果：本文主要計(jì)算墊板在承載能力極限狀態(tài)下的彎矩，具體表達(dá)式如下： 
　　根據(jù)彈性力學(xué)的理論，如果板的厚度t遠(yuǎn)小于中面的最小尺寸b（例如小于b/8至b/5），這個(gè)板就成為薄板[3]。本工程墊板t/b=1/9.32，而且鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)?shù)膹澢鷦偠龋士梢园凑諒椥员“逍隙壤碚撚?jì)算。另外，由于《手冊》給出的都是軸對稱的圓形板的計(jì)算公式及彎矩系數(shù)，本工程下部支承為圓形但是墊板卻為矩形且前后懸臂不一樣，所以對結(jié)構(gòu)做了一些簡化及近似處理，利用圖5的兩個(gè)計(jì)算簡圖進(jìn)行疊加，最后得到預(yù)制墊板沿x軸方向及沿y軸方向的彎矩。 
　　3 .  計(jì)算結(jié)果對比分析 
　　采用以上兩種方法分別對預(yù)制墊板的內(nèi)力進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1。 
　　本文根據(jù)《手冊》的彈性薄板小撓度理論，采用結(jié)構(gòu)簡化處理近似計(jì)算了預(yù)制墊板的內(nèi)力，其計(jì)算結(jié)果與Midas/ Civil軟件計(jì)算結(jié)果相差不大。但是，相比之下，Midas/Civil軟件的參數(shù)化輸入設(shè)計(jì)更具優(yōu)越性，計(jì)算結(jié)果更具準(zhǔn)確性。 
　　4.結(jié)論 
　�。�1）對于這種邊界條件為非常規(guī)支承的結(jié)構(gòu)，借助有限元軟件建模分析，通過Midas/Civil軟件的后處理功能可以使計(jì)算結(jié)果以圖形的形式表現(xiàn)出來，使構(gòu)件的內(nèi)力分布情況更加直觀、準(zhǔn)確。在構(gòu)件的配筋計(jì)算中，可以根據(jù)內(nèi)力分布情況在構(gòu)件跨中位置的底部及支座位置的頂部適當(dāng)加密鋼筋，使配筋更趨經(jīng)濟(jì)合理。 
　　（2）建議現(xiàn)行規(guī)范中增加整個(gè)圓筒頂部都有墊板兼做卸荷板的情況下預(yù)制墊板內(nèi)力的計(jì)算方法，引入彈性力學(xué)中的彈性薄板小撓度彎曲理論。 
　�。�3）本文只是計(jì)算了在自重和碼頭面均布荷載作用下預(yù)制墊板的內(nèi)力，如果碼頭荷載作用復(fù)雜，采用理論計(jì)算顯然是十分困難的，所以在水工工程中引入有限元分析軟件是十分必要的。 
　　參考文獻(xiàn)： 
　　[1]JTS167-2-2009重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S]. 
　　[2]建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊編寫組.建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊（第二版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998. 
　　[3]徐芝綸.彈性力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1990：247-249.