卸荷平臺(tái)對(duì)整體卸荷式板樁碼頭地震響應(yīng)的影響

摘 要：采用數(shù)值分析方法研究了卸荷平臺(tái)對(duì)板樁碼頭結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響。結(jié)果表明，卸荷平臺(tái)能有效減小地震作用下板樁碼頭前墻的最大彎矩和最大水平位移，但碼頭上部及錨碇墻的水平位移也有所增大。降低卸荷平臺(tái)高程能一定程度降低地震作用下整體卸荷式板樁碼頭前墻、錨碇墻的彎矩和水平位移。卸荷平臺(tái)寬度的變化對(duì)地震作用下整體卸荷式板樁碼頭前墻、錨碇墻的的水平位移有一定影響，但對(duì)前墻的彎矩影響不大。

關(guān)鍵詞：卸荷平臺(tái)；板樁碼頭；數(shù)值分析；地震響應(yīng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.251

0 引言

整體卸荷式板樁碼頭是將前排板樁和后排遮簾樁通過(guò)卸荷平臺(tái)連成一個(gè)整體，利用卸荷平臺(tái)承擔(dān)上方荷載，旨在減小前排板樁彎矩和水平位移的一種新型碼頭[1]。司玉軍[2]通過(guò)大型土工離心模型試驗(yàn)，研究了整體卸荷式板樁碼頭結(jié)構(gòu)的工作特性。鄧閑文[3]采用數(shù)值分析方法研究了卸荷平臺(tái)對(duì)整體卸荷式板樁碼頭結(jié)構(gòu)性能的影響規(guī)律。然而，這些研究局限于探討靜力作用下整體卸荷式板樁碼頭結(jié)構(gòu)性能的變化，而地震荷載影響碼頭結(jié)構(gòu)性能的研究成果鮮見(jiàn)報(bào)道。為此，本文以某港區(qū)整體卸荷式板樁碼頭為對(duì)象，研究卸荷平臺(tái)對(duì)整體卸荷式板樁碼頭地震響應(yīng)的影響規(guī)律，以期為整體卸荷式板樁碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。

1 數(shù)值分析模型

1.1 工程概況

某港區(qū)板樁碼頭采用整體卸荷式結(jié)構(gòu)，前板墻墻厚1 m，墻底標(biāo)高為-30.0 m；岸壁前沿設(shè)計(jì)岸壁底標(biāo)高為-15.5 m，頂面標(biāo)高為4.8 m；卸荷平臺(tái)下設(shè)4排灌注樁，灌注樁排架間距為3.5 m，樁底端標(biāo)高為-50 m，樁身直徑為1 000 mm；平臺(tái)后設(shè)Φ75mm鋼拉桿，拉桿間距1.33 m；距碼頭前沿46.4 m處設(shè)置錨碇墻，錨碇墻厚度為1m，墻底標(biāo)高-10.0 m。

1.2 有限元模型

板樁墻、卸荷平臺(tái)、錨定墻、拉桿采用均采用實(shí)體單元，具體參數(shù)見(jiàn)表1。土體采用摩爾庫(kù)倫強(qiáng)度模型，采用四節(jié)點(diǎn)縮減積分實(shí)體單元（CPE4R）模擬。土體簡(jiǎn)化為兩層，上層為粉土層，下層為海底粘土層，為使得地震荷載對(duì)土-結(jié)構(gòu)的響應(yīng)效果好[4]，在模型底部無(wú)限元土體部分（海底粘土層）設(shè)置巖石模擬地殼，巖石材料的物理力學(xué)性質(zhì)與混凝土相同。本文采用瑞利阻尼模擬材料阻尼，可以在設(shè)置材料的模塊里直接定義[5]。土體的阻尼比參考陳國(guó)興[6]的研究成果，具體數(shù)值見(jiàn)表1[1]。模型近場(chǎng)采用有限元、遠(yuǎn)場(chǎng)采用無(wú)限元模擬，通過(guò)在邊界上引入阻尼力吸收地震波的輻射能量，避免能量傳回分析區(qū)域產(chǎn)生干擾。

在碼頭下方五十米輸入典型kobe地震加速度時(shí)程。通過(guò)對(duì)比有無(wú)卸荷平臺(tái)、不同卸荷平臺(tái)高程（1m，0m，-1m）和不同卸荷平臺(tái)寬度（16.6m，17.1m，17.6m）三種工況分析卸荷平臺(tái)對(duì)整體卸荷式板樁碼頭結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響。

2 結(jié)論

（1）卸荷平臺(tái)能有效減小地震作用下板樁碼頭前墻的最大負(fù)彎矩、最大正彎矩以及最大水平位移；但卸荷平臺(tái)也增加了碼頭上部的水平位移以及錨定墻的水平位移。

（2）降低卸荷平臺(tái)的高程能一定程度降低地震作用下整體卸荷式板樁碼頭前墻、錨定墻的彎矩、水平位移。通過(guò)對(duì)比卸荷平臺(tái)高程1m，0m，-1m三種不同工況的數(shù)值分析結(jié)果，-1m的工況比較經(jīng)濟(jì)合理。

（3）卸荷平臺(tái)寬度的變化對(duì)地震作用下整體卸荷式板樁碼頭前墻、錨定墻的水平位移有一定影響，對(duì)前墻彎矩的影響不大。通過(guò)對(duì)比卸荷平臺(tái)寬度16.6m，17.1m，17.6m三種不同工況下的數(shù)值分析結(jié)果，17.1m的工況比較經(jīng)濟(jì)合理。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚慧明，梅濤濤，焦志斌.地震特性對(duì)新型分離卸荷式板樁碼頭動(dòng)力響應(yīng)的影響[J].土木工程學(xué)報(bào)，2014，47（02）：247-253.

[2]司玉軍，曾友進(jìn)，解占強(qiáng)等.整體卸荷式板樁碼頭結(jié)構(gòu)離心模型試驗(yàn)研究[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2009（03）：86-92.

[3]鄧閑文.基于ABAQUS的整體卸荷式板樁碼頭結(jié)構(gòu)受力分析及優(yōu)選[D].上海海事大學(xué)，2015.

[4]蔣建平，劉春林，蔣宏鳴等.基于ABAQUS 的板樁碼頭地震動(dòng)力響應(yīng)研究[J].水運(yùn)工程，2013（06）：40-45.

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[6]陳國(guó)興，王志華，左熹等.振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)疊層剪切型土箱的研制[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)，2010，32（01）：89-97.

作者簡(jiǎn)介：侯慷（1992-），男，山東青島人，碩士研究生，研究方向：港工抗震研究。