张 干
(交通运输部天津水运工程科学研究所 水工构造物检测、诊断与加固技术交通行业重点实验室，天津 300456)
通过统计对某人工岛三个登陆点码头系船柱现场检测情况可知，系船柱所在基础面层均出现了裂缝，为了分析所检测裂缝是否属于受力裂缝，并了解系船柱基础是否满足设计强度，为指导后续的系船柱面层混凝土裂缝的维修方案，采用有限元软件进行模拟分析，混凝土即采用常用的K&C模型来模拟,系缆柱采用弹性模型。在设计系缆力(250 kN)作用下系船柱基础的力学性能。
1 模型选择
系缆柱和墩台均采用实体单元模拟，该实体可用于不含钢筋或含钢筋的三维实体模型。在混凝土的应用方面，可以用单元的实体性能来模拟混凝土，而用加筋性能来模拟钢筋的作用；该单元具有8个节点，每个节点有3个自由度，即X轴、Y轴、Z轴3个方向的线位移；该单元另外一个很重要的特点在于其对材料非线性的处理，可模拟混凝土的开裂、压碎、塑性变形及徐变，还可模拟钢筋的拉伸、压缩、塑性变形及蠕变；同时在考虑混凝土的压碎与开裂时，应当较为缓慢地施加荷载，以避免在实际可承受荷载通过闭合裂缝传递前出现混凝土的假压碎现象[1]。对于冲击作用下混凝土力学行为的模拟，K&C混凝土损伤模型是最常被使用的模型之一[2]，因此本次混凝土即采用常用的K&C模型来模拟。系缆柱采用弹性模型。
2 模型的建立
应用有限元软件，建立系缆柱及基础墩台的有限元模型,模型包括混凝土墩台和系缆柱。该系缆墩模型中的墩台长、宽和高均为3.7 m，其中保护层混凝土厚度为12 mm，250 kN系缆柱直径为320 mm。系缆柱和墩台均采用实体单元模拟，混凝土采用K&C模型，系缆柱采用弹性模型。系缆柱和墩台间采用共节点的方式模拟，其系缆柱和基础墩台的有限元模型如图1所示。
3 分析结果
为了研究在设计系缆力250 kN作用下系缆柱基础的受力状态，分别分析系缆力作用与水平方向成0°和45°斜向上两种工况下系缆柱基础的应力状态。假定250 kN系缆力在1 s内作用完成，在系缆力与水平夹角为0°时，系缆柱基础墩台混凝土第一主应力云图如图2所示，从图2中可以看出混凝土在系缆墩基础与墩台交界处应力最大。提取交界处不同单元混凝土的应力时程曲线，可知该工况下系缆力最大值为2.24 MPa，不大于系船柱基础混凝土(设计强度C40)抗拉强度标准值2.39 MPa，因此在此工况下系缆力基础不会因系缆力作用产生裂缝。
在系缆力与水平夹角为45°时，系缆柱基础墩台混凝土第一主应力云图如图3所示，从图3中可以看出混凝土在系缆墩基础与墩台交界处应力最大。提取交界处不同单元混凝土的应力时程曲线，可知该工况下系缆力最大值为1.79 MPa，不大于系船柱基础混凝土(设计强度C40)抗拉强度标准值2.39 MPa，因此在此工况下系缆力基础不会因系缆力作用产生裂缝。
4 结语
1)经数值分析结果表明，在设计系缆力(250 kN)作用下码头系缆柱基础不会发生裂缝，设计的系缆柱基础满足结构安全性的要求，当前系船柱周围裂缝为非受力裂缝。
2)数值分析的结果可为码头系船柱安全性评估提供理论依据，并可为后续的系缆柱裂缝维修提供参考。
