某港門機后軌道梁的優(yōu)化設(shè)計探討

盧少彥，王婷婷，沈迪洲

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510230）

0 引言

隨著現(xiàn)代化施工工藝的發(fā)展，為滿足機械設(shè)備日益大型化，碼頭沉箱結(jié)構(gòu)亦越做越大，很多軌距較小的門機后軌道梁，基本就落在沉箱的后壁上。通常，在設(shè)計中為了滿足前后軌沉降一致，會把門機后軌道梁與沉箱后壁連接在一起，圖1、圖2是典型的兩種處理方式。

圖1 設(shè)計方案一

圖2 設(shè)計方案二

設(shè)計方案一通常用于沉箱頂距離碼頭面較大時，為了降低軌道梁高度以及改善結(jié)構(gòu)的受力，通常在軌道梁下設(shè)置一塊板或小梁與胸墻連接成整體；設(shè)計方案二通常用于沉箱頂與碼頭面之間距離較小時，通過對沉箱后壁局部加大來與上部軌道梁連接在一起。這樣的設(shè)計可以保證前后軌道梁位移沉降一致，解決了以往設(shè)計中后軌道梁采用軌枕道碴、前軌設(shè)置在剛性胸墻上（見圖3），極易形成位移差，而導(dǎo)致經(jīng)常維修、影響作業(yè)等弊端[1-2]。

圖3 設(shè)計方案三

但若潮差較大、碼頭面高度又較高時，門機后軌道梁落在沉箱后壁上與沉箱后壁連接在一起的處理方法，就會產(chǎn)生兩個問題，一是后軌道梁高度過高，不利于軌道梁自身受力和沉箱后壁的受力；二是為了滿足受力要求，必須加大軌道梁斷面而產(chǎn)生較高的工程造價。若采用設(shè)計方案一中所述方式處理，則后軌道下的混凝土板或梁會較高，工程量顯著增加。因此，須針對這種工況提出優(yōu)化設(shè)計方案。

1 工程實例

廣東省某港建設(shè)一個5萬噸級散貨泊位（結(jié)構(gòu)按遠期10萬噸級預(yù)留），泊位總長551 m，碼頭前沿配備普通門機，門機軌距10.5 m，門機最大輪壓為300 kN/輪，門機后軌位于沉箱后壁處，碼頭面高度6.5m，沉箱后壁高程2.0m，高差4.5m。見圖4。

圖4 某港口工程示意簡圖

本工程中為了滿足地基承載力的要求，沉箱海側(cè)倉格采用不填滿處理方式，且沉箱前倉格的壁板抬高到3.5 m標高，以減小胸墻的高度，若采用在軌道梁下設(shè)置混凝土板的辦法（如圖1），則混凝土板無法與胸墻連接成一個有效整體，達不到原來的受力標準；若為了使混凝土板可以與胸墻有效連接，則需要降低胸墻底標高，使得混凝土板可以與胸墻連接在一起（因為沉箱壁板為薄壁結(jié)構(gòu)，且里面為空腔，混凝土板無法與其有效牢固地連接），這樣，不但加大了工程量（兩個泊位增加4 000多m3混凝土），且增加了基床應(yīng)力，對地基承載力不利[3]。

若直接按圖2中方式來設(shè)計本工程的軌道梁，不但對整個沉箱后壁的受力不利，且截面較大，增加了工程量（相對優(yōu)化后的斷面，增加混凝土量650 m3左右），軌道梁自身的穩(wěn)定性并不是最優(yōu)的，在頂升或者防風(fēng)拉索作用的時候，對軌道梁的穩(wěn)定性有影響（通常在頂升、防風(fēng)錨碇的地方局部截面需要加大，而下面與沉箱壁板連接的支撐范圍是不變的）。

若抬高沉箱后壁板以及隔墻的壁板高度，來縮小軌道梁的高度（見圖2的處理方式），則沉箱高度增加，自重增加（單個沉箱混凝土增加重量740 kN左右重量），對基床應(yīng)力和地基承載力有不利的影響[1]，因本工程基礎(chǔ)持力層為標準貫入擊數(shù)為20擊左右的黏性土，為了滿足地基承載力的要求，沉箱海側(cè)倉格未填滿，若上部結(jié)構(gòu)增加重量或者荷載，對地基承載力影響敏感[3]。

據(jù)此，根據(jù)扶壁結(jié)構(gòu)的原理提出了以下的優(yōu)化方案，見圖5、圖6。

圖5 軌道梁斷面示意圖

圖6 軌道梁平面示意圖

在沉箱后隔墻、側(cè)壁上設(shè)置同隔墻與側(cè)壁同寬的支撐肋板，沉箱后壁上設(shè)置0.5 m寬度的壁板，其上設(shè)置軌道梁，沉箱后壁、側(cè)壁及隔墻相應(yīng)范圍需伸出鋼筋與支撐肋板等連接。

1.1 受力分析

根據(jù)優(yōu)化后軌道梁的結(jié)構(gòu)，可分為兩部分進行受力計算，上部為等截面矩形截面梁，下部為支撐結(jié)構(gòu)，見圖5。

1.1.1 上部軌道梁受力分析

軌道梁受力可以按等截面多跨連續(xù)梁進行計算，工作狀態(tài)時2臺門機在上面移動，計算簡圖如圖7。

圖7 工作狀態(tài)計算簡圖

同理可計算非工作狀態(tài)下的情況，最后得出頂升作用時軌道梁跨中彎矩最大，見表1中括號內(nèi)的值。

表1 主要計算結(jié)果

1.1.2 軌道梁支撐受力分析

支撐肋板采用ANSYS空間結(jié)構(gòu)分析計算。

通過對這種結(jié)構(gòu)型式受力模式的分析，得出支撐肋板的最不利情況是受拉狀態(tài)。

通過對工作狀態(tài)與非工作狀態(tài)的分析，發(fā)現(xiàn)腹板最不利受力狀態(tài)是在受水平力與防風(fēng)拉索的上拔力組合作用時，其主要結(jié)果如下：支撐板最大拉力設(shè)計值為586.27 kN（在防風(fēng)拉索作用時產(chǎn)生），最大壓力設(shè)計值為564.676 kN（為頂升作用時產(chǎn)生）。經(jīng)過計算，每延米配置9根直徑16 mm的受拉鋼筋[4]可滿足要求。要求沉箱隔墻、側(cè)壁以及后壁板的鋼筋伸入到支撐板中，以形成可靠的連接。

支撐肋板也可以按T型截面懸臂梁計算[2]，梁長3.85 m，翼緣寬為3.475 m。

1.2 設(shè)計優(yōu)缺點分析

優(yōu)點： 在達到相同效果的前提下，混凝土量減少（與加高沉箱后倉格壁板相比，混凝土量減少4 000多m3），在提倡節(jié)能環(huán)保的現(xiàn)今，是非常有效的。

缺點： 此種處理方式適用有一定的限制，通常用于輪壓荷載不大（通常此種類型門機最大輪壓不超過350 kN/輪[5]），且后軌位置處于沉箱后壁的位置。另外，由于設(shè)置的支撐肋板等都是薄壁結(jié)構(gòu)，且預(yù)留伸出鋼筋較多，施工相對較麻煩。

2 結(jié)語

通過以上分析可知，由支撐肋板以及沉箱后壁、隔墻、側(cè)壁共同來支撐后軌道梁是合理的，也是可行的。計算中應(yīng)注意軌道梁在受水平力與上拔力組合作用時，對支撐板和軌道梁下部的壁板是最不利的。優(yōu)化后的軌道梁設(shè)計能夠降低工程費用，節(jié)約資源，且能很好地滿足軌道受力要求。雖然對于施工相對增加了一定的難度，計算也相對麻煩，但在節(jié)能減排的今天是值得推廣應(yīng)用的。

[1]張春山.碼頭門機軌道梁基礎(chǔ)處理方法比較[J].水運工程，2006，386（3）：69-71.

[2]張春山，崔偉華.碼頭門機軌道梁施工及維護[J].水運工程，2000，319（8）：120-121.

[3]JTS167-2—2009，重力式碼頭設(shè)計與施工規(guī)范[S].

[4]JTS151—2011，水運工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[5]JTS144-1—2010，港口工程荷載規(guī)范[S].