基于不同支承模型的连续梁内力分析

摘 要：高桩码头结构纵梁的计算是很重要的一项内容，纵梁一般为连续梁结构，连续梁的支承方式可以假定为不同的计算模型。本文分别按刚性支承、弹性点支承、考虑支座宽度的弹性支承对连续梁内力进行计算，并对计算结果做了比较分析。

关键词：连续梁弹性支承刚性支承内力

1. 引言

高桩码头是一种常见的码头结构型式，主要由上部结构、基桩、接岸结构等部分组成。按上部结构型式分类，高桩码头主要有承台式、无梁板式、梁板式、桁架式、框架式等。其中梁板式结构由于各构件受力明确合理、结构计算简便、可承受较大的轨道荷载、可采用装配式结构提高施工速度等优点，在水位差不大的大中型码头得到广泛应用。

梁板式高桩码头结构计算主要包括桩基、横梁、纵梁（包括轨道梁）、面板、靠船构件等。《JTS 167-1-2010高桩码头设计与施工规范》（以下简称“2010版规范”）规定：“连续梁结构宜按考虑支座宽度的弹性支承连续梁计算”；而《JTJ 291-98高桩码头设计与施工规范》（以下简称“98版规范”）规定：“支承于横梁上的装配整体式纵梁，具有弹性支承性质，对于重要工程宜按弹性支承连续梁计算，一般工程可简化按刚性支承连续梁计算”。与“98版规范”相比，“2010版规范”删去了一般工程纵梁可简化按刚性支承连续梁计算的规定。

对于梁板式高桩码头纵梁尤其是轨道梁，荷载较大，计算结果对结构安全尤为重要。本文分别按刚性支承、弹性点支承、考虑支座宽度的弹性支承对连续梁进行计算，并对计算结果进行比较。限于篇幅，为了便于对计算结果进行比较，计算荷载仅考虑结构自重和码头面堆货荷载。

2. 计算假定

2.1 计算模型

为方便计算，根据工程实例，对计算模型做了适当简化。码头采用全直桩结构，桩基直径均为1200mm，设计桩长25m，桩端嵌入中风化岩面以下3m。上部结构采用梁板式装配整体式结构，横向排架间距为6m，共6跨，两端悬臂各1.5m。横梁采用倒“T”型截面，总高3000mm，下横梁高1400mm，宽2000mm，上横梁高1600mm，宽700mm。纵梁及轨道梁支承在下横梁上，纵梁高1600mm，宽600mm，采用预制装配式结构，与横梁整体连接。如图1所示。

纵梁荷载：仅考虑纵梁和面板自重、码头面堆货荷载。沿纵梁长度方向作用在纵梁上的自重荷载标准值为80KN/m（线荷载），堆货荷载标准值为105KN/m（线荷载）。荷载示意图如图2所示。

2.2 主要计算参数

计算纵梁内力时，不考虑面板结构，按矩形截面计算。

混凝土强度等级采用C35，弹性模量EP=3.15×107kPa，桩身截面面积AP=1.131m2，桩长L=25m，由此计算的桩的轴向刚性系数K=1.425×106KN/m。

纵梁截面抗拉刚度EA=3.024×107KN・m，抗弯刚度EI=6.4512×106KN・m2

自重荷载分项系数取1.2，堆货荷载分项系数取1.4。

3. 结构内力计算

3.1 计算内容

分别按3种不同的支承方式，对连续梁承载能力极限状态下持久组合效应进行计算，计算结果见表1。

3.1.1 按刚性支承连续梁计算

根据“98版规范”，假定连续梁支座为刚性支承，分别计算连续纵梁的弯矩、剪力、支座反力。

3.1.2 按弹性点支承连续梁计算

支座的弹性系数取桩的轴向刚性系数，K=1.425×106KN/m，不考虑支座宽度，按弹性点支承连续梁计算，计算结果见表1。对支座处的弯矩和剪力进行削峰处理。

3.1.3 考虑支座宽度的弹性支承连续梁计算

支座近似按支座宽度范围内均匀分布的弹簧考虑，每个支座按等效的5个均布弹簧考虑，弹簧间距0.4m，每个弹簧的刚性系数计算如下：

k5=K/5=1.425×106/5=2.85×105 kN/m

计算图示见图3。

3.2 计算结果分析

(1)对于跨中弯矩，方法2按弹性点支承的计算值最大，比方法1和方法3计算值分别大9%、10%，计算精度可满足一般工程要求。

(2)对支座处弯矩，3种方法的计算值相差较大，方法1的计算结果是方法3的2倍。方法2的计算值是方法3的1.7倍，经削峰处理后比方法3计算值略小。

(3)方法1和方法2未削峰的剪力计算结果相差不大，但均大于方法3的计算值，分别比方法3计算值大32%、35%。方法2剪力计算值经削峰处理后仍比方法3计算值大12%。

(4)3种计算方法的支座反力最大值相差不大。

(5)由计算结果可知，对支座处弯矩和剪力，不同的计算模型对计算结果影响较大，计算时应予考虑。考虑支座宽度的弹性支承连续梁，其支座处弯矩、剪力与刚性支承、弹性点支承相差较大。支座宽度较大时，按弹性点支承计算并对计算值削峰处理的结果仍有较大偏差。

参考文献

[1]严恺.海港工程[M].北京:海洋出版社,1996.

[2]交通部第一航务工程勘察设计院.海港工程设计手册[M].北京:人民

交通出版社,1994.

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[4]GB 50158-2010.港口工程结构可靠性设计统一标准[S].

[5]JTS 167-1-2010.高桩码头设计与施工规范[S].