地震作用下分離卸荷式板樁碼頭動力響應(yīng)研究.pdf

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1、第13卷第2期中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào)Vo1.13No.22O15年4月Journal。fChinaInstitute。fWaterRes。urcesandHyd叩。werResearchApril,2015文章編號:1672—3031(2015)02—0136—07地震作用下分離卸荷式板樁碼頭動力響應(yīng)研究譚慧明2,焦志斌,梅濤濤t(1.河海大學(xué)海岸災(zāi)害及防護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京210098;2.河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院,江蘇南京210098;3.南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京2100

2、29)摘要:本文對水平向地震作用下的分離卸荷式板樁碼頭動力響應(yīng)進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬。對碼頭施工過程進(jìn)行了模擬,通過與現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果對比,檢驗(yàn)了有限元模型的合理性和正確性,并進(jìn)行了不同強(qiáng)度地震作用下分離卸荷式板樁碼頭的動力響應(yīng)數(shù)值計(jì)算。結(jié)果表明:在水平向地震荷載作用下,前墻一拉桿一錨碇墻以及前樁一后樁一卸荷平臺均能形成整體結(jié)構(gòu)受力體系,仍然發(fā)揮承擔(dān)荷載的作用;后樁的彎矩方向在動力作用下可能發(fā)生改變,但前墻、前樁和錨碇墻的彎矩方向基本不變;隨著地震峰值加速度的增大,前墻、前樁、后樁、錨碇墻以及拉桿的最大內(nèi)力值都呈現(xiàn)為不同比例的增大,其中前墻

3、彎矩增幅最大,錨碇墻彎矩和拉桿拉力的增幅次之,前樁和后樁的彎矩增幅最小,表現(xiàn)出了碼頭結(jié)構(gòu)分離卸荷的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:板樁碼頭;動力響應(yīng);地震波;結(jié)構(gòu)內(nèi)力中圖分類號:TU473文獻(xiàn)標(biāo)識碼:Adoi:10.13244~.cnki.jiwhr.2015.02.0091研究背景板樁碼頭因其施工方便、造價(jià)低和耐久性好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,碼頭建設(shè)也正在向大型化、深水化,一種新的板樁碼頭結(jié)構(gòu)被提出——分離卸荷式板樁碼頭。分離卸荷式板樁碼頭結(jié)構(gòu)主要由前墻、錨碇墻、拉桿以及卸荷平臺體系組成,是通過卸荷平臺體系承載碼頭上部結(jié)構(gòu)等荷載,以達(dá)到減

4、小前墻荷載,加大港池開挖深度的效果。目前這種板樁碼頭結(jié)構(gòu)已經(jīng)在唐山港區(qū)成功應(yīng)用于10萬噸級碼頭,效果良好。已經(jīng)有一些學(xué)者對這種新的板樁碼頭展開了研究,目前主要是針對其可行性以及靜力承載特性等展開,但實(shí)際震害調(diào)查表明,地震動力作用和土層液化都會造成板樁碼頭結(jié)構(gòu)的破壞。板樁碼頭的抗震設(shè)計(jì)目前主要采用擬靜力法和動力法。SusumuIai等采用有限元有效應(yīng)力法對地震作用下的兩座板樁碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算分析。SamuelR.Christie等采用有限元法對地震作用下板樁碼頭進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果表明動力計(jì)算結(jié)果與擬靜力計(jì)算結(jié)果在動力增量方面是相當(dāng)?shù)?。?/p>

5、慮到關(guān)于地震作用下分離卸荷式板樁碼頭結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的研究還少有開展,為了闡明其動力響應(yīng)特點(diǎn),本文以分離卸荷式板樁碼頭工程實(shí)際為原型,建立有限元數(shù)值分析模型,對水平地震作用下的分離卸荷式板樁碼頭進(jìn)行計(jì)算分析,研究其在不同強(qiáng)度水平地震作用下的動力響應(yīng)。2數(shù)值模擬2.1計(jì)算原型以唐山港試驗(yàn)碼頭為原型,采用有限元數(shù)值模擬方法進(jìn)行動力計(jì)算。通過現(xiàn)場鉆孑L取樣并進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)獲得各土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)(見表1)。分離卸荷式板樁碼頭結(jié)構(gòu)示意見圖1。試驗(yàn)碼頭結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)方案是:前墻厚1.05m,其上澆筑混凝土胸墻;在墻后設(shè)有鋼筋混凝土收稿日期:201

6、4—10-22基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51309087);中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(2013B31414)作者簡介:譚慧明(1980一),江蘇宜興人,副教授,博士,主要從事海洋巖土工程及防災(zāi)減災(zāi)等研究。E—mail:thming2008@163.tom一136—地震作用下分離卸荷式板樁碼頭動力響應(yīng)研究譚慧明焦志斌梅濤濤在靜力計(jì)算中認(rèn)為有足夠的排水穩(wěn)定時(shí)間,所以此階段中土體是排水的;在動力計(jì)算中,由于作用時(shí)間較短,所以認(rèn)為此階段土體是不排水的。在動力計(jì)算中,本文還考慮了材料的阻尼特性,采用常用的瑞利阻尼來模擬材料阻尼。為了

7、保證計(jì)算結(jié)果的正確性,需要為模型設(shè)置適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件。對于靜力計(jì)算,在模型左、右設(shè)置水平位移約束,在底部設(shè)置豎向位移約束。對于動力計(jì)算,模型左、右邊界采用黏滯吸收邊界模擬無限遠(yuǎn)處邊界,避免應(yīng)力波在模型邊界處反射而在模型內(nèi)來回振蕩,影響計(jì)算結(jié)果。在靜力計(jì)算部分,荷載主要是指結(jié)構(gòu)與土體的自重作用以及上部荷載,地下水位設(shè)置在一1.5m處。動力計(jì)算中,在模型底部施加水平方向的動力加速度時(shí)程。為了分析不同強(qiáng)度地震作用下碼頭結(jié)構(gòu)的動力影響,將加速度時(shí)程按照下式進(jìn)行調(diào)整n)=(1)式中,a(t)、。(f)分別為原加速度時(shí)程和調(diào)整后的加速度時(shí)程;A、A

8、max分別原加速度時(shí)程峰值和調(diào)整后加速度時(shí)程峰值。另外,為了分析不同加速度時(shí)程對板樁碼頭動力響應(yīng)的影響,在模型底部施加EL—Centro波進(jìn)行計(jì)算,標(biāo)準(zhǔn)化處理后的地震波(峰值加速度P=1.0m/s)加速度時(shí)程見圖3,采樣

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