水平荷载作用下高桩墩台结构三维有限元计算分析

高桩墩台结构承受水平荷载的能力与码头的桩基是否布置斜桩有很大的关系。寻求在相同水平力方向荷载作用下高桩墩台桩基合理布置方案及桩基选型,可充分发挥桩基承载力,不仅对工程造价、码头使用,而且对提高结构抗水平荷载的能力有着十分重要的现实意义。本文以佛山某高桩靠船墩台的标准结构桩基布置和选型为例,运用有限元计算软件Midas,对比相同水平荷载作用下,不同的桩基结构形式的内力变形,并重点讨论了水平荷载作用下码头结构的桩基受力特性,在此基础上提出码头桩基选型及布置的建议。     

港口工程中防撞桩的优化设计

以高桩码头端部防撞桩结构为研究对象,建立空间有限元模型,采用"m"法对不同撞击位置、方向下防撞桩结构的变形和内力进行分析,对比分析了3种桩基布置型式的防撞桩结构变形和受力特性。计算结果表明:单排直线型布置除桩轴力外,变形及内力均明显大于双排三角型布置和矩型布置;双排三角型布置和矩型布置变形和内力相当,防撞机理相似;单排直线型布置单桩变形及内力较大,选用桩的尺寸大,数量、种类少,防撞设施所占水域面积小,且工程量小。港口工程防撞桩设计中,在具备大尺度桩生产、施工的条件下,单排直线型布置更经济合理。     

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。     

高桩码头大跨度非完全排架结构承载特性

针对高桩码头大跨度非完全排架结构承载特性问题,采用ANSYS建立三维模型,研究不同工况对其结构承载特性的影响。结果表明:门机荷载对该新型结构的桩基内力影响较大,均布荷载主要影响中纵梁和横梁内力,而门机荷载则主要影响轨道梁内力;此外,中纵梁下方的桩基轴力明显较轨道梁下方桩基轴力大,而桩身弯矩则由码头前沿向陆侧逐渐增加;相邻排架间轨道梁下的双直桩对轨道梁的内力起到应力重分配的作用,使各轨道梁受力更加均匀,有利于各跨轨道梁协同作用、共同发挥承载作用。     

高桩码头加固改造工程计算方法对比分析

以江苏某高桩码头加固改造工程为例,分别建立平面和空间有限元模型,计算了不同荷载组合工况下改造后的码头内力情况。研究结果表明:(1)高桩码头加固改造工程按平面和空间两种计算方法在同一荷载组合情况下计算所得的桩基内力比较接近;(2)平面有限单元法将所有荷载简化后均作用在横向排架上,而空间有限元法则可根据荷载实际分布情况加载,两种计算方法对横梁内力计算结果差别较大。(3)根据平面和空间有限元计算方法的特点,对于比较重要和工程量较大的加固改造工程,建议用平面有限元法计算确定工程方案,用空间有限元法对主要构件进行内力分析与配筋。     

码头设计中桩基有效计算长度分析

有效计算长度是高桩码头桩基压屈验算的控制性参数。国内外规范提供了其理想约束下的计算方法，但不能完全反映顶部实际约束，也未明确整体分析时顶部约束类型。介绍利用有限元屈曲临界荷载确定桩基有效计算长度的方法，该方法反映实际约束较为精确，并提出码头桩基局部分析和整体分析的设计理念，得出相应规律。结果表明，局部桩基分析时，端部排架1~3顶部可认为铰接，其他排架顶部可认为固接；码头结构整体分析时，桩基顶部约束为平滑约束；码头结构整体分析时，排架≥2轴时桩基顶部可认为平滑约束；单排桩≥2根时顶部横向可认为平滑约束。实际码头工程中桩基布置、斜率等变化因素较多，可利用本文方法进行分析。     

水平荷载作用下高桩码头叉桩扭角布置研究

以湛江某高桩码头标准结构段桩基布置为例,运用有限元软件ANSYS建立空间有限元模型,考虑4种水平荷载作用控制工况,对不同叉桩扭角布置方案码头桩基内力进行计算分析,讨论水平地震荷载及船舶荷载对叉桩扭角布置的影响.计算结果表明:结构横向水平位移与桩弯矩随扭角的增大而增大,结构纵向水平位移和桩弯矩随扭角的增大而减小;在纵向水平地震荷载组合工况下,码头结构位移及桩弯矩最大;综合考虑纵横向刚度的影响,本码头结构段叉桩扭角选用20°较为合理.     

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。     

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。     

高桩码头横向分力在各排架的分配

高桩码头设计是按弹性支承刚性梁法计算横向分力在各排架上的分配。但随着大直径桩的应用,桩基的水平刚度可比过去传统的小直径方桩增大许多倍,有些特殊的长分段码头其分段长度与平台宽度之比很大,是否无论码头分段多长、平台多窄、桩基如何选型及布置都能按刚性梁法计算分配排架横向分力？对此进行研究,解决了以下2个问题：1）在什么条件下可采用刚性梁法,在什么条件下应采用弹性梁法;2）当平台截面与排架水平刚度一定时,分段超过多少跨后,对减小排架承担的船舶撞击力或系缆力影响不大。有助于设计判断采用哪种计算方法,并从有效减小排架横向分力的角度上考虑确定不宜超过的分段跨数,可供设计参考。