某码头吊机墩钢桩阴极保护设计仿真应用案例分析

glb2020-04-01 14:51阅读 4735已锁定

前言

港工码头钢结构通常使用牺牲阳极阴极保护技术来作为一项主要的防腐手段，该技术在设计中传统上缺乏有效的评估手段，在遵循保守设计思想前提下，牺牲阳极的设计量往往会过大，这样会增加钢桩承重，增多焊接应力腐蚀风险，增大工程材料成本。仿真技术可以对设计方案准确评估，指导合理减少牺牲阳极设计量，在保证阴极保护效果的同时，避免不必要的浪费和风险。
仿真技术在阴极保护中的应用
阴极保护技术是一种行之有效的电化学防腐蚀手段，传统上在阴极保护设计中通过确定一定数量的某规格阳极来提供阴极保护电流，以达到阴极极化的目的，最后根据经验来确定阳极分布位置，但缺乏有效的设计效果评估手段。

仿真技术通过计算机数值计算，并将计算结果以等势图形的方式输出到 3D模型上面展示，准确形象地表现阴极保护设计效果，从而让设计人员对现方案有效评估，对改进方案有效验证，最终形成较优方案。

案例应用背景简介
某码头由引桥、工装塔筒墩、超起配重墩、环梁墩、人行桥墩、吊机墩等组成，其中吊机墩承重采用21根直径为1200毫米钢管桩支撑，桩长80米，阴保设计水平面基本在吊机墩承台下沿，设计高度15米。防腐手段采用重防腐涂料+牺牲阳极阴极保护。

阴极保护设计
依据标准：

采用的公式：

设计方案：

实际上：该设计方案根据仿真模拟的结果，采用相同规格港工和海洋工程设施阴极保护用牺牲阳极 84块即可满足工程需要。
阴极保护设计中的保守设计思想：

由于缺乏验证手段，为确保设计无误，在牺牲阳极数量上一般采取保守思想，计算参数尽量取大，本方案原设计牺牲阳极数量取105块，就是过度保守的数量。那么，能不能在可靠的情况下减少保守设计量呢？

仿真方法可以将设计方案形象地展示在计算机上，并预测设计寿命之内的阴极保护效果变化情况。以此作为验证手段，可以减少保守设计量，得到较优设计方案，为桩体减重，为建设方减少成本。

设计方案模型建立

介质环境的电阻率是影响电流密度的重要因素，塔桩会经过海水区到黏土区等不同电阻率的区域，介质电阻率变大，仿真计算可以将这种变化考虑在内。但受制于环境，该方案阴极保护评价范围是海水区+部分海泥区（15米）。