《天科所内河框架码头软件》V1.0软件开发

    左志刚

    摘 要：《天科所内河框架码头软件》V1.0是依据《高桩码头设计与施工规范》JTS 167-1-2010开发的行业设计分析软件，软件可以依据工程基本条件，自动形成计算分析模型，最终提供内力、配筋等计算结果。本文中给出了该软件的功能设计、关键技术和工程应用实例。

    关键词：框架码头 大水位差 软件 开发 应用

    前言

    高桩框架式码头是内河中常见的一种码头结构形式，适用于大水位差区域，但是该种结构形式复杂、荷载复杂，利用Ansys、Sap2000等通用有限元分析软件对该结构分析时，需要设计人员对施工过程、设计荷载计算和通用分析软件都要精通，对设计人员素质要求非常高，从而增加了设计院的人力成本。本软件利用三维图形显示技术和有限元计算原理结合水运工程行业规范开发专用的高桩框架式码头设计分析软件，该软件具有荷载前处理、单元自动划分、内力计算、效应组合、结构配筋和计算结果整理等功能，由于该软件是为特定结构定制开发的设计分析软件，因此可以将设计人员的设计思维程序化，简化了设计人员在计算分析过程中前处理和后处理上的工作量，提高工作效率。

    软件开发关键技术

    1、软件编写

    软件开发中采用Visual studio .net语言进行编程，.net可以将c++和 Vb等编程语言进行无缝结合，此外还提供美观的界面控件，可以快速的设计界面，本软件设计风格为左侧为树形菜单，右侧为显示区域，软件基于Opengl技术提供三维实体显示功能，并提供图形控制菜单，可以对图形进行放大、缩小和平移功能，软件提供结构显示、内力显示和荷载显示开关，软件采用Dataset 数据集进行数据储存，并使用表格控件进行数据输入输出，软件可以直接将数据复制到EXCEL中。

    2、内力计算

    软件内力考虑了施工阶段，其中考虑打桩阶段、现浇下横梁阶段和现浇上横梁阶段，结构模型简化为刚架，按照杆系有限元法计算，计算中纵梁、横梁、柱、泥面以上桩为梁单元，梁单元的刚度矩阵为考虑轴向变形杆刚度矩阵KEa和考虑弯曲的梁单元KEb的组合：

    3、水平力分配系数

    高桩框架式码头按照平面模式计算时，排架上的水平力需考虑水平力分配系数[1]，该系数计算原理是由于码头面板的刚度在水平面内远超过平面外刚度，可以做刚性梁考虑，而每个排架可以作水平弹性支撑，当某榀上排架上作用水平力F（图1）时：

    工程实例

    算例 码头荷载每个分段7个排架，排架间距7m，悬臂2m，基桩采用Φ110厘米嵌岩灌注桩，码头荷载：船舶荷载 30000吨级舾装杂货船设计，撞击力按500KN设计，系缆按450KN设计，码头平台均布荷载：20kPa；流动荷载：汽20，门机荷载轮压 250kN 单支腿轮数量5，软件依据结构断面图（图 3）进行计算，并给出了计算结果在M法模型下计算结果（图4），并利用通用有限元程序进行比对（表1）。

    总结

    《天科所内河框架码头软件》V1.0是专用的行业设计分析软件，软件的开发首先满足了计算功能所有的要求，此外采用参数化建模方式提高建模的效率，软件提供图形显示功能和图形输入输出界面提高软件的可操作性，软件采用杆系有限法对结构进行计算分析，计算中考虑了施工过程，软件可以按照M法嵌固点法对框架进行计算分析，本文给出了各种单元的刚度矩阵的推导，软件考虑了高桩框架结构和一般高桩梁板结构的水平分配系数的用法不同给出了修正的计算方法，软件最终给出了工程计算实例，并通过通用计算分析软件进行比对，计算结果表明本软件计算时正确可靠的。

    参考文献：

    [1]高桩码头设计与施工规范 （JTS 167-1-2010） 人民交通出版社 2010；

    [2]港口工程荷载规范 JTS 144-1-2010人民交通出版社 2010；

    [3]水运工程混凝土结构设计规范 JTS 151-2011；

    [4]Open GL编程指南 （美国）施瑞奈尔（DaveShreiner） 机械工业出版社2010；

    [5]有限单元法基本原理和数值方法（第二版） 王勖成、邵敏 清华大学出版社；

    （作者单位：交通运输部天津水运工程科学研究院）

    摘 要：《天科所内河框架码头软件》V1.0是依据《高桩码头设计与施工规范》JTS 167-1-2010开发的行业设计分析软件，软件可以依据工程基本条件，自动形成计算分析模型，最终提供内力、配筋等计算结果。本文中给出了该软件的功能设计、关键技术和工程应用实例。

    关键词：框架码头 大水位差 软件 开发 应用

    前言

    高桩框架式码头是内河中常见的一种码头结构形式，适用于大水位差区域，但是该种结构形式复杂、荷载复杂，利用Ansys、Sap2000等通用有限元分析软件对该结构分析时，需要设计人员对施工过程、设计荷载计算和通用分析软件都要精通，对设计人员素质要求非常高，从而增加了设计院的人力成本。本软件利用三维图形显示技术和有限元计算原理结合水运工程行业规范开发专用的高桩框架式码头设计分析软件，该软件具有荷载前处理、单元自动划分、内力计算、效应组合、结构配筋和计算结果整理等功能，由于该软件是为特定结构定制开发的设计分析软件，因此可以将设计人员的设计思维程序化，简化了设计人员在计算分析过程中前处理和后处理上的工作量，提高工作效率。

    软件开发关键技术

    1、软件编写

    软件开发中采用Visual studio .net语言进行编程，.net可以将c++和 Vb等编程语言进行无缝结合，此外还提供美观的界面控件，可以快速的设计界面，本软件设计风格为左侧为树形菜单，右侧为显示区域，软件基于Opengl技术提供三维实体显示功能，并提供图形控制菜单，可以对图形进行放大、缩小和平移功能，软件提供结构显示、内力显示和荷载显示开关，软件采用Dataset 数据集进行数据储存，并使用表格控件进行数据输入输出，软件可以直接将数据复制到EXCEL中。

    2、内力计算

    软件内力考虑了施工阶段，其中考虑打桩阶段、现浇下横梁阶段和现浇上横梁阶段，结构模型简化为刚架，按照杆系有限元法计算，计算中纵梁、横梁、柱、泥面以上桩为梁单元，梁单元的刚度矩阵为考虑轴向变形杆刚度矩阵KEa和考虑弯曲的梁单元KEb的组合：

    3、水平力分配系数

    高桩框架式码头按照平面模式计算时，排架上的水平力需考虑水平力分配系数[1]，该系数计算原理是由于码头面板的刚度在水平面内远超过平面外刚度，可以做刚性梁考虑，而每个排架可以作水平弹性支撑，当某榀上排架上作用水平力F（图1）时：

    工程实例

    算例 码头荷载每个分段7个排架，排架间距7m，悬臂2m，基桩采用Φ110厘米嵌岩灌注桩，码头荷载：船舶荷载 30000吨级舾装杂货船设计，撞击力按500KN设计，系缆按450KN设计，码头平台均布荷载：20kPa；流动荷载：汽20，门机荷载轮压 250kN 单支腿轮数量5，软件依据结构断面图（图 3）进行计算，并给出了计算结果在M法模型下计算结果（图4），并利用通用有限元程序进行比对（表1）。

    总结

    《天科所内河框架码头软件》V1.0是专用的行业设计分析软件，软件的开发首先满足了计算功能所有的要求，此外采用参数化建模方式提高建模的效率，软件提供图形显示功能和图形输入输出界面提高软件的可操作性，软件采用杆系有限法对结构进行计算分析，计算中考虑了施工过程，软件可以按照M法嵌固点法对框架进行计算分析，本文给出了各种单元的刚度矩阵的推导，软件考虑了高桩框架结构和一般高桩梁板结构的水平分配系数的用法不同给出了修正的计算方法，软件最终给出了工程计算实例，并通过通用计算分析软件进行比对，计算结果表明本软件计算时正确可靠的。

    参考文献：

    [1]高桩码头设计与施工规范 （JTS 167-1-2010） 人民交通出版社 2010；

    [2]港口工程荷载规范 JTS 144-1-2010人民交通出版社 2010；

    [3]水运工程混凝土结构设计规范 JTS 151-2011；

    [4]Open GL编程指南 （美国）施瑞奈尔（DaveShreiner） 机械工业出版社2010；

    [5]有限单元法基本原理和数值方法（第二版） 王勖成、邵敏 清华大学出版社；

    （作者单位：交通运输部天津水运工程科学研究院）

    摘 要：《天科所内河框架码头软件》V1.0是依据《高桩码头设计与施工规范》JTS 167-1-2010开发的行业设计分析软件，软件可以依据工程基本条件，自动形成计算分析模型，最终提供内力、配筋等计算结果。本文中给出了该软件的功能设计、关键技术和工程应用实例。

    关键词：框架码头 大水位差 软件 开发 应用

    前言

    高桩框架式码头是内河中常见的一种码头结构形式，适用于大水位差区域，但是该种结构形式复杂、荷载复杂，利用Ansys、Sap2000等通用有限元分析软件对该结构分析时，需要设计人员对施工过程、设计荷载计算和通用分析软件都要精通，对设计人员素质要求非常高，从而增加了设计院的人力成本。本软件利用三维图形显示技术和有限元计算原理结合水运工程行业规范开发专用的高桩框架式码头设计分析软件，该软件具有荷载前处理、单元自动划分、内力计算、效应组合、结构配筋和计算结果整理等功能，由于该软件是为特定结构定制开发的设计分析软件，因此可以将设计人员的设计思维程序化，简化了设计人员在计算分析过程中前处理和后处理上的工作量，提高工作效率。

    软件开发关键技术

    1、软件编写

    软件开发中采用Visual studio .net语言进行编程，.net可以将c++和 Vb等编程语言进行无缝结合，此外还提供美观的界面控件，可以快速的设计界面，本软件设计风格为左侧为树形菜单，右侧为显示区域，软件基于Opengl技术提供三维实体显示功能，并提供图形控制菜单，可以对图形进行放大、缩小和平移功能，软件提供结构显示、内力显示和荷载显示开关，软件采用Dataset 数据集进行数据储存，并使用表格控件进行数据输入输出，软件可以直接将数据复制到EXCEL中。

    2、内力计算

    软件内力考虑了施工阶段，其中考虑打桩阶段、现浇下横梁阶段和现浇上横梁阶段，结构模型简化为刚架，按照杆系有限元法计算，计算中纵梁、横梁、柱、泥面以上桩为梁单元，梁单元的刚度矩阵为考虑轴向变形杆刚度矩阵KEa和考虑弯曲的梁单元KEb的组合：

    3、水平力分配系数

    高桩框架式码头按照平面模式计算时，排架上的水平力需考虑水平力分配系数[1]，该系数计算原理是由于码头面板的刚度在水平面内远超过平面外刚度，可以做刚性梁考虑，而每个排架可以作水平弹性支撑，当某榀上排架上作用水平力F（图1）时：

    工程实例

    算例 码头荷载每个分段7个排架，排架间距7m，悬臂2m，基桩采用Φ110厘米嵌岩灌注桩，码头荷载：船舶荷载 30000吨级舾装杂货船设计，撞击力按500KN设计，系缆按450KN设计，码头平台均布荷载：20kPa；流动荷载：汽20，门机荷载轮压 250kN 单支腿轮数量5，软件依据结构断面图（图 3）进行计算，并给出了计算结果在M法模型下计算结果（图4），并利用通用有限元程序进行比对（表1）。

    总结

    《天科所内河框架码头软件》V1.0是专用的行业设计分析软件，软件的开发首先满足了计算功能所有的要求，此外采用参数化建模方式提高建模的效率，软件提供图形显示功能和图形输入输出界面提高软件的可操作性，软件采用杆系有限法对结构进行计算分析，计算中考虑了施工过程，软件可以按照M法嵌固点法对框架进行计算分析，本文给出了各种单元的刚度矩阵的推导，软件考虑了高桩框架结构和一般高桩梁板结构的水平分配系数的用法不同给出了修正的计算方法，软件最终给出了工程计算实例，并通过通用计算分析软件进行比对，计算结果表明本软件计算时正确可靠的。

    参考文献：

    [1]高桩码头设计与施工规范 （JTS 167-1-2010） 人民交通出版社 2010；

    [2]港口工程荷载规范 JTS 144-1-2010人民交通出版社 2010；

    [3]水运工程混凝土结构设计规范 JTS 151-2011；

    [4]Open GL编程指南 （美国）施瑞奈尔（DaveShreiner） 机械工业出版社2010；

    [5]有限单元法基本原理和数值方法（第二版） 王勖成、邵敏 清华大学出版社；

    （作者单位：交通运输部天津水运工程科学研究院）