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1、10申请公布号CN102304908A43申请公布日20120104CN102304908ACN102304908A21申请号201110175115022申请日20110627E02B3/0420060171申请人河海大学地址211100江苏省南京市江宁开发区佛城西路8号72发明人翟秋鲁子爱74专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人许方54发明名称一种拱式纵梁码头结构及其拱轴线计算方法57摘要本发明公开了一种拱式纵梁码头结构，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、。
2、拱圈梁，所述上弦杆与拱圈梁相交；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；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。本发明还公开了拱式纵梁码头结构拱轴线的计算方法，本发明将拱式纵梁、横梁、横向水平撑、面板之间整体连接，与桩基墩台之间现浇成整体，形成了整体性好、刚度大的上部结构。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书4页附图1页CN102304914A1/2页21一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（5）、两个桩基墩台及其基桩；所述横向支撑。
3、结构包括横梁（4）和N个横向水平撑（3）；其中，所述拱式纵梁横向搁置在桩基墩台上，包括上弦杆（2）、拱圈梁（1），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（9）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。2根据权利要求1所述的一种拱式纵梁码头结构，其特征在于所述面板采用迭合板，包括现浇层和磨耗层。3根据权利要求1所述的一种拱式纵梁码头结构，其特征在于还包括附加构件，所述附加构件包括吊杆（6。
4、）、拉杆（7）、腹杆（8）；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。4根据权利要求3所述的一种拱式纵梁码头结构，其特征在于所述拱圈梁、上弦杆、横向水平撑、腹杆的截面均为矩形。5根据权利要求3所述的一种拱式纵梁码头结构，其特征在于所述腹杆与横向水平撑的截面尺寸相同。6根据权利要求1所述的一种拱式纵梁码头结构，其特征在于所述基桩采用全直桩式结构的钢管桩。7根据权利要求6所述的一种拱式纵梁码头结构，其特征在。
5、于所述钢管桩的外层涂覆100含量聚氨脂涂料。8根据权利要求6所述的一种拱式纵梁码头结构，其特征在于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。9一种拱式纵梁码头结构的拱轴线的计算方法，其特征在于，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0XL，0YF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AII1,2,3,4,5与跨径L的关系；步骤D，将步骤C的结果带入步。
6、骤A的公式中，得到拱轴线。10根据权利要求9所述的一种拱式纵梁码头结构的拱轴线的计算方法，其特征在于，步骤B的具体步骤如下步骤B1，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，权利要求书CN102304908ACN102304914A2/2页3生成有限单元的模型；步骤B2，采用二维八节点结构实体单元PLANE82作为单元类型；步骤B3，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B4，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。
7、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。权利要求书CN102304908ACN102304914A1/4页4一种拱式纵梁码头结构及其拱轴线计算方法技术领域0001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0002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。0003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。
8、桩梁板式这两种结构为主。发明内容0004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。0005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。
9、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。0006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。0007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。0008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。0009优选的，本发明的一种。
10、拱式纵梁码头结构，腹杆与横向水平撑的截面尺寸相同。0010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。0011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含量聚氨脂涂说明书CN102304908ACN102304914A2/4页5料。0012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。0013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0XL，0YF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。
11、，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AII1,2,3,4,5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。0014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B1，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B2，采用二维八节点结构实体单元PLANE82作为单元类型；步骤B3，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，。
12、编号大于或者等于2的网格不进行优化；步骤B4，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。0015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1、提高施工速度拱式纵梁结构可使排架间距大幅度增加，既减少了基桩的数量还减少水下施工工程量，而且大型构件可以在陆上预制、现场安装，加快了施工速度。00162、降低工程造价高桩码头的沉桩费用较高，在工程造价中占较大比例，拱式纵梁结构减少了基桩数量，从而可以降低工程造价。00173、结构耐久拱式纵梁的码头结构型式受力性能良好，排架间距大。
13、；整个上部结构具有很大的空间刚度，构件大多采用钢筋混凝土预制，立模和浇筑混凝土较方便；整体结构的通风好，有利于提高构件的耐久性。附图说明0018图1为本发明的结构示意图。0019图2为图1的仰视图。0020图3为图1的侧视图。0021图中标号解释1、拱圈梁，2、上弦杆，3、横向水平撑，4、横梁，5、面板、6、吊杆，7、拉杆，8、腹杆，9、牛腿，10、基桩，11、桩基墩台。0022说明书CN102304908ACN102304914A3/4页6具体实施方式0023下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明如图1，结合图2、图3所示，一种拱式纵梁码头结构，包括拱式纵梁、横向支撑结构、面板5、。
14、附加构件、基桩、桩基墩台以及附属设施。横向支撑结构包括横梁4和横向水平撑3；附加构件包括吊杆6、拉杆7、腹杆8以及牛腿9。0024拱式纵梁横向搁置在桩基墩台上，拱式纵梁之间增设预制横向水平撑3，横向水平撑3搁置在拱式纵梁的上弦杆的牛腿9上，与之构成梁格；面板5搁置在横向水平撑3上；桩基墩台现浇，横梁4也采用现浇矩形结构，与拱式纵梁等高布置；面板5采用技术成熟的迭合板，上设现浇层和磨耗层；拱式纵梁、横梁4、横向水平撑3、面板5之间整体连接，与桩基墩台之间现浇成整体，形成了整体性好、刚度大的上部结构。0025上弦杆2上搁置有横向水平撑3，横向水平撑3上搁置面板5，因此，拱式纵梁的上弦杆2除作为桁架。
15、的一部分受力外，还必须满足上部结构传递荷载和施工荷载的要求；上弦杆2及拱圈梁1均采用钢筋混凝土的材料，刚度保持一致，弯矩均匀分配；为方便施工，上弦杆2截面采用矩形，高度及宽度均与拱圈梁1相同；上弦杆2与拱圈梁1相交；拱圈梁1为主要受压构件，需保证具有足够的截面面积从而满足受压要求；拱圈梁1采用等截面设计，中小跨径的拱圈截面一般采用矩形，肋高约为跨径的1/401/60，肋宽为肋高的0520倍，具体数值的选取需视码头结构的实际情况而定。0026腹杆8采用竖杆式，其截面采用矩形，宽度与上弦杆2及拱圈梁1保持一致，腹杆8的位置需综合考虑横向水平撑3和面板5的尺寸和位置，并尽量使腹杆8位于横向水平撑3的。
16、正下方，以更好地将上部结构产生的荷载传递到拱圈梁1上；拉杆7采用“工”字钢；吊杆6设置在拱圈梁1和拉杆7之间，是拉杆7与整个拱式纵梁形成一个整体。0027横向水平撑3设计成矩形截面，截面尺寸尽量与腹杆8相近，且安放位置尽量位于腹杆8的正上方；间距的选取需考虑面板5内力及施工的影响因素。0028同时，本发明拱式纵梁码头结构的基桩的设置采用全直桩式结构，基桩使用大直径钢管桩，桩的数目需根据上部结构荷载作用下的桩基承载能力进行确定；考虑到钢管桩在海水中容易腐蚀的特点，对钢管桩应进行防腐蚀保护，在钢管桩浪溅区、水位变动区及水下区采用100含量聚氨脂涂料；在水下区及泥面以下区再施加牺牲阳极的阴极保护。0。
17、029一种拱式纵梁码头结构的拱轴线的计算方法，具体如下步骤A，建立适合拱式纵梁结构的合理拱轴线的基本方程0XL，0YF式中L拱的跨径M；F拱的矢高M；计算过程中，X的坐标需按等差数列进行取值；步骤B1，定义拓扑优化问题，拱式纵梁的材料为钢筋混凝土，对其弹性模量和泊松比进行定义，生成合适的有限单元的模型；步骤B2，选择单元类型，采用精度相对较高的二维八节点结构实体单元PLANE82；说明书CN102304908ACN102304914A4/4页7步骤B3，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，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B4，。
18、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；步骤B5，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AII1,2,3,4,5与跨径L的关系。0030实施例下面以洋山港三期工程为例进行结构设计码头的设计高水位451M，设计低水位053M，码头面高程810M，前沿设计水深180M；桩基墩台现浇，选取拱式纵梁总高度5M，桩基墩台的面高程为31M。0031码头前沿至前轨为4M，集装箱岸桥轨距为35M，后轨至码头后沿为35M，码头宽度为425M，在两个轨。
19、道下方分别设置拱式纵梁，即门机轨道梁，门机梁之间再设置3个拱式纵梁，即普通纵梁，两纵梁之间的横向间距为875M。0032排架间距28M（即拱的跨径28M），拱的矢高35M，矢跨比1/8；码头上部结构采用现浇混凝土横梁4、预制钢筋混凝土悬链线拱式纵梁、叠合面板5结构形式；横梁4截面尺寸为50M10M，上弦杆215M08M，拱圈梁1为15M08M，横向水平撑306M08M，腹杆8为06M08M。两拱式纵梁的横向间距为875M，纵梁之间设置的横向水平撑3间距为35M，预制面板5每块长4M、宽32M、厚度04M、磨耗层厚度为005M；在码头425M的宽度范围内，一个28M的排架设置有纵梁5个，横梁4为。
20、8根，横向水平撑3为36根，面板5为64块。0033基桩采用直径为1500MM的钢管桩，打入深度与洋山港三期工程一致，门机轨道梁下的桩基墩台边长56M，高15M，墩台下布置3根钢管桩；在码头425M的宽度范围内，每榀排架设计12根钢管桩。0034拱圈梁1下端的拉杆7采用“工”字钢，弹性模量E21105N/MM2，高度H400MM，翼缘宽度B146MM，腹板厚TW145MM，截面积A10200MM2；吊杆6采用热轧无缝钢管,钢管外径D146MM，管壁厚度T10MM，截面积A4273MM2。0035根据上述方法，得出各项系数AII1,2,3,4,5与跨径L的关系。说明书CN102304908ACN102304914A1/1页8图1图2图3说明书附图CN102304908A。