港口码头墙评估

项目中应用的软件

项目概述

港务局希望了解起重机和散装货物装载对水库码头内一些历史悠久的码头墙（超过 150 年历史的重力式挡土墙）可能造成的影响，因此委托奥雅纳公司对现有墙壁的稳定性进行案头评估。


该项目旨在了解多种不同的起重机和散装货物装载场景对码头岸壁的影响。这将为未来的作业和装载限制提供参考，从而确保岸壁的长期稳定性。对于客户而言，提供一份简洁易懂、非技术人员也能轻松理解的分析结果至关重要。

Oasys 如何证明其价值

方法概述
该方法的复杂程度必须根据客户在此阶段的预算和技术限制进行调整。

由于分析速度快且能够根据多种负载场景进行修改，因此使用 Oasys Greta 进行静态平衡分析被认为是本次评估的合适选择。由于港口不想将其历史墙体与现代设计标准进行比较，因此进行了非因子分析。此外，还使用 Oasys SLOPE 软件对墙体的坡度稳定性进行了考虑。

由于这是一项基于案头的评估，无法进行现场验证工作，因此需要做出一些假设。这包括根据已有 150 年历史的墙体的历史施工图，对理论墙体剖面进行建模。由于没有针对该项目的具体地面勘察信息，因此使用附近的信息来估算可能的地面条件。

向客户介绍了起重机载荷在靠近码头墙体边缘时对墙体稳定性的影响。


在整个过程中，我们遇到了许多挑战，必须克服。以下列出了面临的主要挑战：


墙后荷载的离散荷载区域

墙后荷载场景应用于起重机支腿垫块和散装荷载的独立区域（如图 1 所示）。遗憾的是，Greta 缺乏相应的机制来模拟这种情况，只能将附加荷载以 UDL 的形式施加在墙后或墙前，或以线荷载的形式施加在墙顶，如图 2 所示。


图 1 – 支腿垫块在墙后施加离散荷载的典型示意图
图 2 – 摘自 Oasys Greta 手册，展示了荷载施加方法
该问题的解决方案是，使用 PD 6694-1:2011 [1] 中的方法，将作用于墙体背面的等效推力施加为负锚荷载。图 3 直观地展示了交通荷载转换为墙体背面推力的过程。该方法不仅提供了要施加的等效力，还提供了合力作用于墙体背面的具体深度。需要注意的是，该方法仅适用于荷载位于墙体背面的情况，当荷载直接施加于墙体顶部时，则简化为墙体顶部的等效线荷载。
图 3 – 在 Oasys Greta 中，将起重机车轮和支腿的离散载荷作为负锚载荷施加的方法（摘自 BSI，PD 6694-1:2011）
图 4 显示了 Oasys Greta 的屏幕截图，其中等效推力作为负锚载荷施加到墙的后部（即锚向墙的前部推，而不是向土壤拉回）。
图 4 显示了 Oasys Greta 的屏幕截图，其中等效推力作为负锚载荷施加到墙的后部（即锚向墙的前部推，而不是向土壤拉回）。
滑动 FoS 方程不一致性
施加负锚固荷载时，滑动安全系数结果异常——施加较大的力时，滑动安全系数 (FoS) 会增加，这与常识相悖。经调查，程序方程与施加负锚固荷载的情况不一致，后者通过以下公式计算与被动力方向相同的净水平力：

滑动安全系数 = (滑动阻力) / (被动力 - 主动力)

该方程导致负锚固荷载导致被动力减小，从而减小了方程中的分母，而分母本应代表失稳力，在本例中应该增大。为了保持一致，该方程应表示为：

FoS = (水平被动力 + 滑动阻力) / (水平主动力)

该方程正确地降低了施加负锚固荷载时分子稳定力，从而降低了本例滑动安全系数。

由于 Greta 中力的计算正确，因此从输出中获取这些力并将其应用于电子表格中该方程的手动计算。



向墙体后跟倾覆
由于墙体前方受力较大，而 Greta 假设这些受力已完全调动，因此出现了一些问题。

在某些情况下，从逻辑上讲，墙体后方的力明显大于墙体前方的力，但在静态平衡模型中，调动全部被动阻力则表明墙体会向墙体后跟倾覆，但这并非现实情况。

为了解决这个问题，我们通过手动估算墙体前方受力，并降低被动土体水平来限制墙体前方土体的受力。

墙体形状
所考虑的墙体具有独特的横截面，Greta 无法对其进行精确建模。图 5 显示了其中一面墙的示例。根据 Greta 中的允许尺寸应用了简化的横截面，同时进行了手动计算以使墙体的重量相等，以确保对相同的墙体总重量进行建模并应用相同的结果载荷位置，以便尽可能准确地模拟对承载、倾覆和滑动结果的影响。
图 5 – 现存码头墙之一的历史施工图，强调了墙的独特形状。
图 5 – 现存码头墙之一的历史施工图，强调了墙的独特形状。
此次评估使港务局了解了各种荷载方案对其现有码头岸墙的影响，以及在抗倾覆、抗滑移、抗承载力以及边坡稳定性等安全系数方面，码头岸墙的承受能力。

评估过程表明，承载力是所有方案的关键因素，在所有考虑的方案中，它最接近普遍可接受的安全系数。评估结果提供给客户，其中重点强调了可能需要限制运营的地方，并提供了各种荷载退缩条件下的安全系数估算，供客户参考。评估结果也以图表形式提供给客户，但这些图纸包含保密信息。

评估结果还向客户强调，由于这是一项基于案头的评估，后续工作应考虑开展现场具体调查，以确定准确的参数，以便与实际情况进行更紧密的比较。

该方法根据客户的具体需求量身定制，并因此促使该局旗下的另一个港口再次委托进行类似的评估。
未来发展
在本次评估过程中，通过与 Oasys 支持团队的密切合作，我们成功克服了诸多挑战。

接下来，Greta 将进行更新，包括更灵活的内置方法，用于向墙体施加离散载荷，以及一种克服向足跟方向错误旋转的方法，即通过引入自动降低被动阻力的阶段来达到平衡，从而更真实地反映实际情况。目前，此过程正在进行中。
如果对Greta有兴趣或者有任何疑问，欢迎留言，我们的工程师将尽快与您取得联系。
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