地震作用下分离卸荷式板桩码头动力响应研究.pdf

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1、第13卷第2期中国水利水电科学研究院学报Vo1．13No．22O15年4月Journal。fChinaInstitute。fWaterRes。urcesandHyd叩。werResearchApril，2015文章编号：1672—3031(2015)02—0136—07地震作用下分离卸荷式板桩码头动力响应研究谭慧明2，焦志斌，梅涛涛t(1．河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室，江苏南京210098；2．河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏南京210098；3．南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京2100

2、29)摘要：本文对水平向地震作用下的分离卸荷式板桩码头动力响应进行了有限元数值模拟。对码头施工过程进行了模拟，通过与现场试验结果对比，检验了有限元模型的合理性和正确性，并进行了不同强度地震作用下分离卸荷式板桩码头的动力响应数值计算。结果表明：在水平向地震荷载作用下，前墙一拉杆一锚碇墙以及前桩一后桩一卸荷平台均能形成整体结构受力体系，仍然发挥承担荷载的作用；后桩的弯矩方向在动力作用下可能发生改变，但前墙、前桩和锚碇墙的弯矩方向基本不变；随着地震峰值加速度的增大，前墙、前桩、后桩、锚碇墙以及拉杆的最大内力值都呈现为不同比例的增大，其中前墙

3、弯矩增幅最大，锚碇墙弯矩和拉杆拉力的增幅次之，前桩和后桩的弯矩增幅最小，表现出了码头结构分离卸荷的特点。关键词：板桩码头；动力响应；地震波；结构内力中图分类号：TU473文献标识码：Adoi：10．13244~．cnki．jiwhr．2015．02．0091研究背景板桩码头因其施工方便、造价低和耐久性好等优点而被广泛使用。随着经济的发展，码头建设也正在向大型化、深水化，一种新的板桩码头结构被提出——分离卸荷式板桩码头。分离卸荷式板桩码头结构主要由前墙、锚碇墙、拉杆以及卸荷平台体系组成，是通过卸荷平台体系承载码头上部结构等荷载，以达到减

4、小前墙荷载，加大港池开挖深度的效果。目前这种板桩码头结构已经在唐山港区成功应用于10万吨级码头，效果良好。已经有一些学者对这种新的板桩码头展开了研究，目前主要是针对其可行性以及静力承载特性等展开，但实际震害调查表明，地震动力作用和土层液化都会造成板桩码头结构的破坏。板桩码头的抗震设计目前主要采用拟静力法和动力法。SusumuIai等采用有限元有效应力法对地震作用下的两座板桩码头结构进行了计算分析。SamuelR．Christie等采用有限元法对地震作用下板桩码头进行了计算，结果表明动力计算结果与拟静力计算结果在动力增量方面是相当的。考

5、虑到关于地震作用下分离卸荷式板桩码头结构动力响应的研究还少有开展，为了阐明其动力响应特点，本文以分离卸荷式板桩码头工程实际为原型，建立有限元数值分析模型，对水平地震作用下的分离卸荷式板桩码头进行计算分析，研究其在不同强度水平地震作用下的动力响应。2数值模拟2．1计算原型以唐山港试验码头为原型，采用有限元数值模拟方法进行动力计算。通过现场钻孑L取样并进行室内试验获得各土层的物理力学性质指标(见表1)。分离卸荷式板桩码头结构示意见图1。试验码头结构的主要设计方案是：前墙厚1．05m，其上浇筑混凝土胸墙；在墙后设有钢筋混凝土收稿日期：201

6、4—10-22基金项目：国家自然科学基金资助项目(51309087)；中央高校基本科研业务费项目(2013B31414)作者简介：谭慧明(1980一)，江苏宜兴人，副教授，博士，主要从事海洋岩土工程及防灾减灾等研究。E—mail：thming2008@163．tom一136—地震作用下分离卸荷式板桩码头动力响应研究谭慧明焦志斌梅涛涛在静力计算中认为有足够的排水稳定时间，所以此阶段中土体是排水的；在动力计算中，由于作用时间较短，所以认为此阶段土体是不排水的。在动力计算中，本文还考虑了材料的阻尼特性，采用常用的瑞利阻尼来模拟材料阻尼。为了

7、保证计算结果的正确性，需要为模型设置适当的边界条件。对于静力计算，在模型左、右设置水平位移约束，在底部设置竖向位移约束。对于动力计算，模型左、右边界采用黏滞吸收边界模拟无限远处边界，避免应力波在模型边界处反射而在模型内来回振荡，影响计算结果。在静力计算部分，荷载主要是指结构与土体的自重作用以及上部荷载，地下水位设置在一1．5m处。动力计算中，在模型底部施加水平方向的动力加速度时程。为了分析不同强度地震作用下码头结构的动力影响，将加速度时程按照下式进行调整n)=(1)式中，a(t)、。(f)分别为原加速度时程和调整后的加速度时程；A、A

8、max分别原加速度时程峰值和调整后加速度时程峰值。另外，为了分析不同加速度时程对板桩码头动力响应的影响，在模型底部施加EL—Centro波进行计算，标准化处理后的地震波(峰值加速度P=1．0m／s)加速度时程见图3，采样