叉桩扭角对高桩码头抗震性能影响分析

以高桩码头双轴对称桩基码头结构段为研究对象,建立空间有限元模型,采用振型分解反应谱法对水平地震作用横向、纵向输入进行了地震动力响应分析,对比分析了叉桩扭角变化对结构响应的影响,讨论了纵向斜桩对结构抗震性能的影响。计算结果表明:横向水平地震作用下,除桩轴力外,其结构的响应随着叉桩扭角的增大而增大;纵向水平地震作用下,桩轴力随扭角的增大而增大,其他结构响应则随扭角的增大而减小;纵向水平地震作用下结构的动力响应较大,增加纵向斜桩能更好的抵抗纵向水平地震荷载,但增加纵向斜桩其最大桩轴力响应将较无纵向斜桩时增加较多。     

水平地震作用下高桩码头结构响应谱分析

以高桩码头一个结构段为研究对象,建立空间有限元模型,采用振型分解反应谱法探讨了此类结构在水平地震作用下的响应,对不同地震方向作用下码头桩基内力变化进行分析。计算结果表明:结构在纵向水平地震作用下叉桩桩顶弯矩明显大于横向水平地震作用下的桩顶弯矩;当码头桩基布置对纵轴不对称时,纵向水平地震作用下桩的扭矩较大;横向地震作用下,后叉桩的轴力较大。研究结果可为高桩码头的抗震设计提供参考。     

高桩码头结构内力计算方法的探讨

高桩码头结构位移产生的桩弯矩采用嵌固点法,由于嵌固点法对位移作用下计算的内力误差较大,因此计算位移产生的桩弯矩不宜采用嵌固点法,故本文提出码头结构内力计算方法,考虑了桩顶的连接情况、桩的泥上高度、桩身柔性、桩基布置等因素。得出以下结论:(1)直桩与叉桩受桩顶水平变位影响不大,但叉桩会产生轴力;桩顶刚接时产生弯矩、剪力值大于桩顶铰接。(2)在纵向水平力作用下,近似将所有基桩的桩顶合成为一个水平刚度,可减小单桩承载力,其值约为原承载力的1/20。本文所提出的计算方法能考虑桩顶的连接情况、桩的泥上高度、桩身柔性、桩基布置等因素,可为设计确定分段长度的计算方法,同时研究温差与纵向荷载作用下结构的内力与变形计算问题,具有很好的推广应用价值,并可为今后修订高桩码头设计规范时补充纵向计算内容提供参考。     

叉桩和平联撑在高桩码头中抵抗水平力作用分析

当高桩码头承受较大水平力荷载作用时,码头因位移大而存在安全隐患。为此,研究叉桩和平联撑在高桩码头中抵抗水平力作用大小。运用易工水运工程结构CAD集成软件建立高桩排架空间结构模型,计算分析叉桩排架结构在水平力作用下,码头横梁、桩基的内力和位移大小随叉桩的斜度和转角改变的规律,同时对比叉桩和平联撑在高桩码头中抵抗水平力大小。结果表明:叉桩排架结构抵抗水平力产生的位移作用远大于设置平联撑的排架结构。     

基于ANSYS/LS-DYNA的水平荷载作用下拱式纵梁码头叉桩布置研究

拱式纵梁码头作为一种适用于深海的新型码头形式,其受力特性和部件结构需进行相关计算分析。文章基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,通过p-y曲线理论所建立的土弹簧模拟桩土相互作用,建立了拱式纵梁码头结构三维有限元数学模型。计算并分析了船舶水平撞击力作用下,叉桩扭角角度和叉桩布置位置分别对该码头结构受力特性的影响程度。研究结果表明:设置叉桩可有效减小码头的整体水平位移,在必要工程中拱式纵梁码头设置叉桩是必要的,且叉桩扭角取15°能充分发挥码头各部件受力性能,可定为最优扭角角度;拱式纵梁码头在受到船舶撞击力作用时,基桩与墩台连接处、墩台与上部结构连接处易发生应力集中,施工时应进行局部加固处理,预防连接段的应力损伤。文章的研究成果可为拱式纵梁码头今后的实际工程应用提供依据。     

基于国际标准的强震作用下高桩结构LNG码头桩基布置

LNG码头抗震等级要求高,抗震分析是高桩结构LNG码头需要重点研究的问题。按国际标准采用振型分解反应谱法,通过有限元软件,对不同桩基布置形式的高桩结构进行地震动力响应分析。结果表明不同桩基布置形式对结构自身刚度影响较大,从而改变结构自振周期,使结构承受不同的地震荷载;斜桩控制地震作用下的水平位移效果较好,但桩力偏大;对于具有多排多列的高桩墩式结构,桩基宜对称布置,同时边桩与内侧桩基可采用不同斜率来改善桩基受力分布情况。     

基于美标的全直桩码头振型分解反应谱抗震分析

基于美标抗震计算理论,结合加勒比海地区某全直桩LNG码头为计算案例,采用振型分解反应谱法,将码头结构简化为空间墩台桩系结构。针对OBE和SSE两个设防水准对码头结构进行两个不同水平方向的地震激励,研究码头结构的自振特性以及桩基和墩台的内力、位移响应。研究表明:对于整体质量中心偏离水平刚度中心的全直桩码头,1、3阶为平扭耦合振型,2阶为平动振型,振型分解反应谱法可以适用平扭耦合计算。边桩、角桩的轴力及弯矩明显大于中间桩,陆侧桩承担较多水平地震荷载,设计时应适当加强边角桩与上部结构的连接,加强或加密陆侧桩群,合理增强水平承载力。在X、Y向地震作用下,桩基位置对应的墩台区域形成上部受拉密集区,密集区内配筋宜适当加密,一般区域内可适当减少。     

隔震与非隔震高桩码头结构的Pushover对比分析*

高桩码头叉桩刚度大,在地震作用下极易发生脆性破坏而引起码头结构的破坏,隔震技术作为提高结构抗震安全性的成熟技术,已经广泛应用于建筑、桥梁等结构中。为此,在叉桩桩顶处增加橡胶隔震支座提高码头结构的抗震安全性。以顺岸无梁板式码头为研究对象,通过SAP2000软件建立全直桩码头结构、非隔震叉桩码头结构、隔震叉桩码头结构3种有限元分析模型,进而对3种结构进行二维Pushover对比分析,对比结构的自振周期、静力Pushover曲线、塑性铰、桩身弯矩以及位移能力5个方面。结果表明,隔震叉桩码头结构具有较大的水平承载能力和位移变形能力,可以有效解决叉桩脆性破坏的问题。     

高桩码头端部排架桩基布置

高桩码头横向排架内力通常简化为平面结构进行计算，但码头端部的排架作为艏艉缆绳的受力排架或受制于相邻结构的影响，其桩基布置往往不同于其他排架，平面计算并不能准确反映端部排架的受力和变形。结合鱼山出灰码头桩基布置设计实例，采用平面计算法和空间计算法对水平荷载作用下码头结构分段端部排架不同桩基布置方案进行对比分析，得出不同计算方法及不同桩基布置下各排架桩基内力和变形计算结果的差异。结果表明，对于对称性水平荷载，平面计算的桩基轴力结果与码头结构分段端部自由的端部排架桩基轴力结果基本相当；对于非对称性水平荷载，平面计算的桩基轴力结果普遍大于空间计算的结果；端部排架布置双排桩加强后，码头结构的位移会有一定程度减小。     

考虑桩土非线性作用的近海风机高桩平台地震响应分析

分别建立全斜桩承台与全直桩承台三维有限元模型,研究了地震荷载作用下桩基的动力响应。考虑了地震引起的水体惯性力对动力响应的影响,并通过引入p-y曲线修正系数考虑了桩基倾斜对桩轴垂向桩土作用的影响。结果表明,在单桩的情况下,地震动水压力对桩基的弯矩与位移存在明显的放大效应;不同单桩的位移反应峰值发生在同一时刻,倾斜方向与峰值时刻地震加速度方向一致的桩承载性能最优。对于带承台的群桩,地震动水压力的放大效应没有单桩时明显,各个方位斜桩以及直桩之间弯矩与位移差异较小;直桩的位移峰值大于斜桩,而斜桩弯矩均较直桩在泥面以下处有一定的减小,但在承台交界面处较直桩更大。     

整体卸荷式板桩挡土结构三维有限元数值模拟分析*

整体卸荷式板桩挡土结构是深厚软土地区高桩码头良好的接岸结构形式,采用有限元数值分析方法得到不同桩排距、后排桩间距和开挖深度条件下该类挡土结构前后排桩受力和变形特征并进行研究。结果表明,增加前后排桩间距可以减小桩基的水平变形,并使前后排桩的桩力分布更加合理;改变后排桩间距使前排桩水平和竖向位移均逐渐增大,前后排桩端部弯矩和剪力都增大;开挖深度的增加使结构水平位移增加。     

高桩码头结构安全评价指标及其敏感性分析

针对高桩码头结构损伤引起的安全性评价问题,提出将宏观层面的横向位移、桩顶转角和微观层面的桩身应变作为高桩码头结构的安全性评价指标。基于工程实际建立了高桩码头结构的有限元分析模型,并与现场实测动力特性数据进行了对比验证;结合有限元模型和概率方法研究了高桩码头结构安全性能性能评估指标及其敏感性规律;得出宏观安全指标与桩的结构参数、强度参数以及土体参数有较大的相关性,微观安全指标只对桩的有效截面积及局部强度敏感。研究成果可为高桩码头结构损伤预警和状态评估提供依据。     

考虑相邻结构段作用的高桩码头设计方法

高桩码头有限元计算通常选取一个结构段进行分析计算,忽略结构段之间凹凸缝的传力作用,从而导致计算结果较保守,不利于当前环境下与国际咨询设计公司的竞争。基于SAP2000有限元计算软件,在计算模型中引入水平线性弹簧单元,模拟相邻结构端的凹凸缝的水平约束作用,并建立整体模型分析验证该弹簧单元的有效性。最后给出水平线性弹簧刚度随结构段数量增加而改变的曲线,为高桩码头计算提供参考。计算结果表明水平线性弹簧单元和实际整体模型的桩内力计算误差都在合理范围以内,验证了该方法有效性。引入等效侧向弹性用于高桩码头结构设计计算,给出一种优化的高桩结构设计方法。     

波浪力对高桩码头结构的影响分析

PHC管桩具有承载力高、耐久性好、施工速度快、造价合理等优点,已被广泛应用于高桩码头基桩。尽管高桩码头(PHC)理论研究取得长足进步,但在波浪力作用下高桩码头的结构受力分析仍不够完善。本研究在工程实例的基础上,采用ANSYS软件建立高桩码头有限元模型,研究波浪力对高桩码头结构的影响,并对桩的失稳提出解决方案。     

桩土作用下斜桩对高桩码头岸坡稳定性的影响

考虑船舶撞击力、堆货荷载等外荷载对码头岸坡与后方桩台的作用,利用ABAQUS有限元软件对高桩码头布置斜桩的后方桩台与岸坡土体进行模拟,并对其桩土相互作用和结构稳定性进行分析。对位移场、应力场等云图中的模拟结果进行分析,结果表明：斜桩承受水平荷载能力优于竖向荷载,与直桩可以很好地形成遮帘作用,保证岸坡土体和结构物稳定。     

全直桩高桩码头平联撑作用影响分析

对自由高度较大的全直桩高桩码头,桩基设计是码头设计的关键。以某工程设计为例,对全直钢管桩高桩码头桩基增设2种平联撑措施前后的设计进行对比分析,研究平联撑对码头平台受力的影响特性。结果表明合理的平联撑可有效减小排架位移、减小桩顶弯矩,使桩身弯矩更为协调。     

高桩墩台桩土共同作用对结构内力的影响*

根据广州某高桩墩台结构断面图和土层参数勘察报告,建立了包含墩台、桩基及土层的三维有限元模型。桩土界面采用面面接触模型,允许桩土分离及滑移,通过接触应力反映桩基土对桩的侧压力和摩阻力。分析得出了高桩墩台在多种荷载组合下的应力场和位移场,以及各桩的弯矩图和轴力图。并进一步将有限元结果与以丰海高桩墩台计算程序为代表的传统嵌固点法计算结果相比较,分析了2种方法单桩轴力图、弯矩图的差异及原因,同时分析了桩基土对结构内力的影响,得到桩排中的最大轴力弯矩桩的位置及单桩上轴力弯矩极值点的位置,为传统的嵌固点法计算结果提供了一些修改与补充,从而为高桩墩台结构设计提供参考。     

高桩码头凹凸缝结构水平力传递的有限元计算

在高桩码头整体结构的三维有限元计算过程中,着重考虑了增加凹凸缝结构传递水平力的环节,从计算结果中发现,桩基内力结果比不考虑凹凸缝传递水平力的计算结果,无论是弯矩、剪力、扭矩和位移值均有一定程度的降低,从而达到减小桩型、节省工程造价的目的。