主桩套板结构的简化计算与优化设计

作为一种板桩结构,主桩套板结构的计算理论和设计方法仍未明确。文章结合案例提出简化计算方法,推导主桩、套板入土深度与桩板宽度比的关系式,分别采用传统m法和考虑锚碇点位移的m法计算主桩内力,并与有限元结果对比。基于ABAQUS软件建立三维桩土模型,研究不同工况下结构的力学性能,分析主桩入土深度和刚度对套板内力的影响。结果表明,主桩套板结构的锚碇点位移不可忽略,且套板宽度越小、入土越深,主桩所需的入土深度越小;主桩入土深度对结构的整体稳定有影响,随主桩入土加深套板内力逐渐趋于稳定;主桩刚度的增大能够减小套板的受力,为节省材料套板可适当减薄。     

主桩套板结构受力特性研究

主桩套板结构作为一种板桩墙结构形式,各构件受力情况较复杂。结合工程算例应用NL法进行水平承载力计算,并利用ABAQUS有限元分析软件建立3D桩土模型进行数值模拟,以验证理论方法的可靠性,发现主桩承担了绝大部分荷载,套板所受横向弯矩较竖向要大得多。基于ABAQUS研究不同套板尺寸下主桩的力学特性,着重分析当套板宽度、厚度和入土深度发生变化时主桩的弯矩变化,结果表明主桩的受力情况深受套板宽度的影响,其跨中最大弯矩随套板宽度的增加而明显增加,而套板厚度和入土深度对主桩的影响相对较小,在实际工程中可以根据需要做适当调整。     

采用X形桩的遮帘式板桩码头结构静力分析

X形桩是一种反拱曲面异型桩,相比于同等截面积的矩形桩和圆形桩,X形桩具有更大的截面周长和惯性矩,受力性能更好。结合京唐港32#泊位遮帘式板桩码头结构,以X形桩代替传统的矩形桩,研究其对结构静力的影响。结果表明:相同桩间中心距时,以X形桩替代后可减小前墙弯矩;在同等桩间净距1.75 m下,两类模型的前墙最大弯矩基本相同。相同荷载作用下,前墙位移主要受桩间中心距影响,X形桩形状影响效应很小;锚碇墙水平位移受桩间中心距和遮帘桩形状的影响均很小。桩间中心距、净距与桩间土体土拱效应直接相关,对前墙弯矩、土压力、遮帘桩弯矩等有显著影响。桩间中心距为4.05 m或桩间净距为1.75 m时,结构内力改善效果较优,可采用该间距的X形桩替代矩形桩,节约工程造价。     

基于ABAQUS的板桩码头地震动力响应研究*

基于ABAQUS软件的隐式模块和有限元-无限元方法对单锚板桩码头进行了地震动响应研究。研究发现,在相同地震波不同加速度峰值情况下,峰值加速度对板桩码头的板桩弯矩、剪力和拉杆拉力有重要影响,与静力分析时的情况相比较,地震加速度峰值每增大0.1g,板桩最大弯矩相应增大约40%,拉杆拉力增大约10%~50%,但拉杆拉力增幅在后期逐渐趋于稳定;地震作用下,拉杆最大拉力与板桩墙最大剪力(单宽)基本相等;地震加速度峰值对板桩墙底与锚碇之间塑性区开展范围也有一定的影响。结果表明,与静载相比,地震对板桩码头的影响不容忽视。研究结果可为板桩码头考虑地震影响的设计提供参考。     

抗滑桩土拱效应的数值模拟

利用FLAC3D软件对抗滑桩后土体产生土拱效应的形成机理进行了三维数值模拟,解释了抗滑桩作为一种非连续支护结构却能对滑坡起到较好的支护作用的原因;文中通过分别改变土体的内摩擦角、黏聚力以及抗滑桩的桩间距,对比分析上述各变量的变化对土拱效应的影响。研究表明：土体的内摩擦角、黏聚力的变化与土拱效应成正相关,桩间距与土拱效应反相关,且当桩间距大于8倍桩径时桩间土拱效应基本消失,基于对这三个因素的研究,建议在c、φ值较大的土体中可以考虑设置桩径和桩间距均稍大一点的抗滑桩;反之亦然。     

基于ABAQUS的斜桩-重力式结构靠泊撞击力

通过有限元软件ABAQUS对船舶靠泊撞击作用下的斜桩-重力式结构进行动、静力响应研究,对比结构响应的异同,得到了靠泊撞击力作用下结构的位移放大效应,并探讨不同有效撞击能量下的放大效应变化规律。研究表明,相同有效撞击能量作用下的复合结构撞击力动力放大系数也相同;在进行斜桩-重力式结构设计时,当船舶有效撞击能量大于1 350.4 k J时,靠泊撞击力分项系数按规范取1.5偏小;当设计船型为30万吨级油船时,推荐靠泊撞击力分项系数取2.12。     

温度效应对全直桩现浇梁板高桩码头结构的影响

针对温度效应对全直桩现浇梁板高桩码头的影响问题,在75、150、200、300 m等4个不同长度的结构段上增加温度效应后对内力的影响进行对比和论述,采用国际通用有限元软件进行三维空间计算,得出国内环境下适当增长结构段长度可对桩基、纵横梁的弯矩、剪力和轴力值均有一定程度的降低。     

分离卸荷式板桩码头工作性状的静力分析

分离卸荷式板桩码头,作为近年来一种新型码头结构形式,在保持传统板桩码头优势的同时,可适用于深水泊位。目前,对其工作性状和工作机理的理论研究还不够成熟。为进一步了解其工作性状,利用有限元软件ABAQUS对某分离卸荷式板桩码头进行有限元建模和静力分析,分析卸荷承台及群桩设置的作用及工作性状,为码头设计及优化提供相关依据。     

泡沫轻质土在板桩码头结构中的应用

板桩码头在采用传统回填材料时,由于回填料自重较大,易导致码头竖向沉降大、前墙水平位移较大,不利于码头结构整体稳定。针对上述问题,利用新型材料泡沫轻质土作为回填材料,采用PLAXIS 3D三维有限元软件构建码头结构与土体的空间三维模型,分别计算码头上方使用回填泡沫轻质土和中粗砂2种材料时结构的受力特性。通过结果对比分析可知,码头上部回填泡沫轻质土时,前墙弯矩、位移、拉杆拉力均有一定程度的降低,码头整体稳定安全性增大,可为类似工程建设提供参考。     

基于旧码头改造的钢管板桩结构静力分析

结合国内某港区散杂货泊位改造工程,对基于高桩码头改造所产生的新建钢管板桩结构进行数值分析。首先,建立数值模型,将传统板桩码头前墙结构受土压力作用的数值计算结果与理论计算结果进行比较,验证数值方法的准确性;其次,基于此数值方法建立研究土体边界选取的三维数值模型,分析土体的边界范围对码头结构应力的影响;最后,对钢管板桩结构进行运营荷载作用下的三维数值模拟,对结构的应力及位移进行分析。通过数值模拟及理论分析发现:在钢管板桩结构数值模型中,当土体边界达到60～80 m时,可以忽略土体的边界效应;在码头面设计荷载作用下,新建结构所受土压力和产生的位移小于传统的板桩码头结构。     

板桩桩身结构计算问题的探讨

就板桩桩身结构进行了新旧计算方法的比较,描述了竖向弹性地基梁的具体算法,并就竖向弹性地基梁计算的一些新问题提出了解决方向及具体办法。     

主副格不等长的直腹式格型钢板桩海墙数值分析

直腹式格形钢板桩难以避免会出现主副格入土深度不同的情况.依托工程实例,分析了主副格不等长格形结构的受力特性,提出了计算中的重点与难点问题.建立三维数值模型对主副格不等长的直腹式格型钢板桩海墙进行稳定性、变形与受力计算,分析了减小副格入土深度的可行性.结合工程应用提出了一种将主副格不等长的格型钢板桩结构等效为二维模型计算...     

斜顶板桩承台接岸结构优化设计

针对斜顶板桩承台接岸结构造价较高的问题,结合洋山港区实际应用情况进行优化设计研究。采用与已建结构相同的计算方法进行使用条件和结构受力特点的对比分析,得出类似结构在软土地基的大型集装箱码头中应用可以显著优化结构。采取分级实施墙后棱体、取消后排支撑桩、利用组合钢板桩优化密排钢管板桩、将承台简化为导梁等优化措施,形成一种新的半直立式接岸结构形式,即斜顶板桩结构。结果表明：斜顶板桩与下级棱体组成的独立稳定结构体系较好地适应了前期软土地基高填土的变形特点和后期上部结构的使用要求。新结构更合理地利用桩基结构承载能力,明显提高了经济性,有利于在软基地区的类似工程中推广。     

钢板桩挡土结构加固方法研究

基于天津港某码头钢板桩在恶劣海洋环境下出现的严重锈蚀破损现象,采用ANSYS有限元建立了钢板桩结构与土相互作用的数值计算模型,分析了钢板桩在锈蚀及局部破损状况下的结构安全性。通过对帽板加固法、局部外包法的有限元计算分析,得到了以上2种加固方案下的土体变位和钢板桩受力情况,并结合经济性和施工可行性等指标推荐局部外包法为最优加固方案。     

基于ABAQUS的沉箱码头墙后土压力计算方法

通过采用ABAQUS有限元软件,建立了沉箱和地基相互作用的三维模型,模拟了在自重作用下沉箱码头墙后土压力分布情况。结果表明:沿码头长度方向由于沉箱舱格及舱格内回填引起各断面结构刚度差异,沉箱墙后土压力分布呈现较为明显的空间特征,其总力较规范计算值偏大,从而使结构稳定性计算偏于不安全。结合工程实例模拟结果提出了一种更为符合实际的墙后土压力计算模型。     

格型钢板桩与复合地基组合式岛壁稳定性研究

结合某海上人工岛工程实例,以有限元软件PLAXIS 3D作为分析平台,建立格型钢板桩岛壁结构稳定性分析的空间弹塑性有限元模型。研究软土地基上格型钢板桩结构的变形与稳定特性,分析当格型体与多种复合地基相组合时对岛壁结构稳定性的影响。结果表明,对格型钢板桩内外土体进行地基加固后,结构稳定性均有不同程度的提高,特别是在岛内即格型体陆侧进行一定宽度高压旋喷桩的处理后,岛壁结构的稳定性大幅度提高,并能有效控制使用期人工岛的沉降量。分析成果对类似工程以及格型钢板桩结构在软土地基上的推广应用有参考意义。