基于循环波浪荷载下的码头结构损伤过程*

深水码头多处在自然条件复杂的外海,在海洋波浪循环荷载作用下,许多码头在未达到设计使用年限时便已产生严重损伤而无法使用。针对海洋波浪循环荷载作用下码头整体结构的特殊损伤情况,根据工程实际,采用ANSYS软件建立了高桩码头的地基-桩-上部结构整体有限元模型。采用损伤本构关系,建立海洋土软化系数经验公式,模拟分析了不同运行年限后码头损伤破坏规律。研究结果显示:裂纹最早从面板开始,并且裂纹逐渐向横梁底部发展;但由于地基土的软化与混凝土的软化不同步,10 a后增加的裂纹先从横梁的底部开始。因此设计时应考虑循环波浪荷载对码头桩基-上部结构的整体影响,根据实际桩基与上部结构的协同作用机理采用相应的措施,使设计更加科学可靠。     

地震作用下码头钢管桩的损伤演化规律

为研究全直钢管桩码头的损伤演化规律,采用欧进萍地震损伤模型量化码头钢管桩的损伤程度,通过ABAQUS有限元软件建立码头排架结构的计算模型,分析结构在地震作用下的动力时程响应,研究码头桩基随地震时程、地震动强度的损伤演化规律。结果表明,码头各桩损伤发展主要发生在地震响应剧烈的时期,桩顶是塑性发展区域,桩基反复进入塑性状态,导致结构逐步破坏;桩基损伤值由位移项和能量项构成,位移项前期贡献较大,能量项后期贡献较大,位移损伤的占比要高于耗能损伤;各桩损伤值随地震动强度的增大呈上升趋势,由海侧向陆侧桩基的损伤逐渐增大,陆侧桩承担更大的水平地震力,是耗散地震能量的主要构件。     

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。     

全直桩码头结构温度应力计算方法

当码头平台梁系、面板施工完成结构封合时的气温与使用期气温存在温差,将会引起温度应变,使全直桩产生侧向变形和内力.有限元模拟分析认为桩基对上部结构伸缩的约束作用可以忽略不计,温变后上部结构的形状不变.基于梁板系自由温差假设,首次提出了全直桩码头结构温度内力的基桩+刚性平台空间简化计算模式,并给出了相应的计算方法.实例计算结果表明,简化方法计算精度可以满足结构初步设计分析的需要.基桩宜尽量对称布置,使温差作用下桩顶位移的发散中心靠近平台几何中心,以便减小桩顶内力.还指出,在温差作用下桩顶的内力与桩径的4次方成正比,随着全直桩码头基桩大直径化,对温度内力的分析值得重视.     

水平地震作用下全直桩码头底梁作用影响分析

以全直桩梁板式码头单层梁结构和增设底梁的双层梁结构为研究对象,采用振型分解反应谱法,对两者在水平地震作用下的动力响应进行对比分析,研究底梁对结构自振特性、位移响应、桩基及横梁内力的影响。结果表明,增设底梁可有效提高结构刚度,减小结构侧向位移和桩顶弯矩,改善桩基和横梁内力分布,从而提高结构抗震能力。     

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。     

软土地基上板桩码头结构方案研究

以某软土地基上的板桩码头工程为例,采用地下连续墙作前墙、混凝土梁连接前后桩基的设计方案。考虑到软土地基的材料非线性,地基土体采用邓肯-张模型,并使用有限单元法分析板桩码头各构件的应力分布规律和变形特点。另外,采用多种方案对比的方法对码头结构设计方案中的前墙入土深度和两排PHC桩基的桩长进行研究。分析前墙入土深度和PHC桩长对板桩码头位移和内力的影响,并给出前墙入土深度和PHC桩长的优化结果,为工程实践中板桩码头的结构优化设计提供依据。     

离岸深水港轻型码头在波浪作用下动力响应研究

对离岸深水港轻型码头在强浪作用下的动力响应进行研究,依据JTJ 213—1998《海港水文规范》的环境条件和环境荷载规范,在考虑桩-土耦合效应下对海洋极端波况下离岸深水港轻型码头结构的动力响应进行了数值模拟;并对比了不同阻抗处理下桩柱响应与采取基岩面固结简化下的不同。研究结果表明,桩土耦合作用对于波浪尤其是不规则波作用下的桩柱响应有很大影响,考虑耦合作用时结构运动响应为岩面固结简化下的45%~65%,在不规则波作用下码头结构响应峰值远高于规则波下峰值结果,尤其不规则波的高频成分更能激发结构物的动力响应。建议在深水轻型码头结构物设计中采取更接近实际的基于两相饱和介质理论的桩基阻抗;在不规则波作用下尤其当频率较高时,不规则波中高频成分与轻型码头的固有频率接近易引起较大动力响应,在工程设计中需引起注意。     

桩基-重力式复合结构码头的有限元分析

通过大型有限元计算软件ANSYS,对荷载作用下的某桩基-重力式复合结构码头内力进行三维空间有限元分析。选择两种不同地基模型来模拟沉箱与地基的相互作用,结果表明,文克勒地基模型与半无限空间地基模型,除沉箱地板内力有一定差别外,码头结构其它部位内力基本相同,且两种模型中桩基与底部沉箱的连接处的节点应力较大,设计时有必要对此处进行加强。     

CDM法加固高桩码头软土岸坡的有限元分析

天津港曾多次发生岸坡变形导致高桩码头构件损伤的工程案例,现有的工程实践表明,CDM基础是加固高桩码头岸坡的有效方法。文章基于ABAQUS建立高桩码头的岸坡-CDM-结构三维有限元模型,分析采用CDM加固岸坡的效果。通过对比加固前后的岸坡土体位移、桩基变形和桩基内力,验证CDM方法加固高桩码头岸坡的有效性。为提高CDM加固高桩码头岸坡的实际应用,对不同CDM加固深度下的加固效果进行研究,结果表明,随CDM加固深度的增加,高桩码头桩帽-横梁处的剪力和弯矩、桩身最大拉应力均先减小后增大,存在最优加固深度。     

基于桩-土相互作用的内河架空直立式码头地震响应分析

采用有限元法,分别建立桩-土-码头结构模型、地基刚性假定的码头模型和工程计算简化的码头模型。通过模态分析和动力时程分析,得出3种码头模型的基频和水平位移最大值,以及码头立柱内力的最大响应值。研究表明:与地基刚性假定模型相比,由桩-土-码头结构模型所得的结构基频、水平位移最大值、立柱的剪力和弯矩值将会减小,轴力值基本不受影响;与工程计算简化模型相比,结构的基频、立柱的剪力和弯矩值将增大,但是水平位移最大值将减小,轴力值基本不变。     

波浪上托力作用下高桩码头结构的动力分析

通过有限元计算软件ANSYS,对波浪上托力作用下高桩码头结构进行动力分析。研究结果表明：波浪缓变压强 作用下,采用动力计算和采用静力计算得到的码头结构各处的内力基本相同,波浪缓变压强可等效为静力来计算码头结构 内力;波浪冲击压强作用下,采用动力计算得到的码头结构内力明显小于静力计算结果,波浪冲击压作用下的高桩码头结构 宜进行动力分析;由于波浪上托力频率与码头结构自振频率相差甚远,因此其作用下的高桩码头结构不会产生共振现象。     

基于ABAQUS的高桩梁板式码头地震动力响应分析

为研究高桩码头地震作用下的动力响应,对码头动力计算方法进行了综述,选取有限元方法,利用ABAQUS有限元软件,结合某高桩码头实例,建立了三维有限元模型,进行地震动力响应分析。分析表明,响应谱分析前三阶为主要振型,地震响应前两阶表现为平动和扭转的耦合振型,第三阶为平动振型。高桩码头最不利地震方向角为纵向,码头结构会产生较大的位移和内力,并对比分析了设防烈度分别为6°、7°和8°在最不利地震方向角时的基桩桩顶位移和内力。     

不规则波作用下桩基-重力式复合结构码头面板的动力特性研究

利用大型有限元计算软件ANSYS的参数化语言APDL进行二次开发,对波浪上托压强作用下桩基-重力式复合结构码头面板的动力特性进行研究,结果表明:1)波浪缓变压强作用下码头面板内力的动静力计算结果基本相等,缓变压强的动力放大作用很不明显;2)波浪冲击压强作用下码头面板内力的动力计算结果随着冲击压强频率的增大而迅速减小,当冲击压强频率大于80 Hz后,动力计算结果约为静力计算结果的0.2倍。     

地震作用下大型起重机与高桩码头耦合作用动力特性研究*

为了研究上部起重机对下部码头结构抗震性能的影响,基于所建立的起重机-码头整体结构的三维有限元模型,研究了不同峰值加速度以及近远场等不同地震动作用下结构的动力响应特征,分析了不同地震动作用下起重机的动力响应对下部码头结构动力特性的影响。研究表明：起重机对高桩码头结构的自振特性影响较大,使整体结构周期变长;考虑起重机时,码头桩顶弯矩极值大幅下降、剪力极值大幅下降的同时,其出现的位置也产生了明显的下移,进而将改变码头结构整体的破坏机制;近场地震动对结构的动力响应影响最大,对其弹塑性极限状态起控制作用。     

底梁式全直桩码头结构的地震响应

底梁式全直桩码头结构是近年来在长江中上游地区应用较多的结构形式,近年来该地区常常遭受地震灾害,有必要系统研究该新型结构的抗震性能,为其抗震设计提供参考。采用经典的EI-Centro地震波,研究了底梁式全直桩结构的自振特性,以及底梁布设和地震烈度对该结构的面板和桩基位移、桩身弯矩与损伤等的影响效应。分析结果表明,底梁布设有效提高结构刚度、减小桩基内力,从而改善结构抗震能力;其次,随着地震烈度的增大,面板和桩基的响应增大、损伤加剧,底梁设置对桩基侧移的降幅也相应增大,并与桩基处泥面高度相关,桩基弯矩的最不利位置也与该泥面高度相关。     

全直桩码头结构振型反应谱抗震分析

针对全直桩码头结构形式,以国外某码头工程为研究对象,采用振型分解反应谱法对不同水平地震方向激励进行纵横轴不对称结构动力响应分析,探讨了在不同水平地震方向作用下桩基结构位移和内力的变化规律。计算结果表明:结构平面质量中心和刚度中心不重合时,水平扭转效应对结构受力影响明显,结构地震作用及其扭转耦联振动效应可采用振型分解反应谱法计算;在水平地震作用下,全直桩码头结构的近陆侧桩承担的水平地震力最大,边桩比中间桩群承担了更多的水平地震力,设计中应重视边角桩的受力情况及调整桩基布置形式来减小扭转产生的不利影响。     

满足桩轴向刚度条件的高桩码头桩基计算模型

通过在桩身一定的位置施加一个轴向弹簧,建立高桩码头的桩基计算模型。根据《高桩码头设计与施工规范》 中关于桩轴向刚性系数的计算公式,给出了不同情况下轴向弹簧刚度系数大小以及施加位置的计算方法。该方法能满足嵌 固点法和m法计算模式下桩基计算模型的轴向刚度相同且与规范规定一致。结合该方法,分别采用嵌固点法和m法建立某高 桩码头工程实例的空间有限元模型。计算结果对比表明：桩身轴力、桩顶弯矩、上部结构各构件的内力均十分接近,验证 了该方法的合理可行性,可为高桩码头结构计算提供参考。     

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。     

地震作用下板桩码头结构动力响应研究

为探究地震作用下板桩码头结构动力响应,采用有限元软件ABAQUS建立了板桩码头二维有限元模型,对板桩码头进行了地震动力响应数值分析,研究了板桩墙入土深度对码头结构地震动力响应的影响及地震作用下的板桩墙后动土压力分布规律。研究表明:(1)板桩墙底部达到嵌固状态后,板桩入土深度的增加对于板桩墙的稳定性没有改善,反而小幅度增加了板桩顶位移及拉杆拉力;(2)地震模拟过程中的表层砂土动土压力较规范计算值偏大,其原因是板桩墙上部受到拉杆的约束作用及板桩墙自身变形,使表层砂土的动土压力更接近于动被动土压力,而在规范计算方法中表层砂土按照动主动土压力计算,表层砂土动土压力计算仍有待进一步完善。