卸荷平臺對整體卸荷式板樁碼頭地震響應的影響

摘 要：采用數值分析方法研究了卸荷平臺對板樁碼頭結構地震響應的影響。結果表明，卸荷平臺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。卸荷平臺寬度的變化對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，但對前墻的彎矩影響不大。

關鍵詞：卸荷平臺；板樁碼頭；數值分析；地震響應

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卸荷平臺連成一個整體，利用卸荷平臺承擔上方荷載，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]通過大型土工離心模型試驗，研究了整體卸荷式板樁碼頭結構的工作特性。鄧閑文[3]采用數值分析方法研究了卸荷平臺對整體卸荷式板樁碼頭結構性能的影響規律。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構性能的變化，而地震荷載影響碼頭結構性能的研究成果鮮見報道。為此，本文以某港區整體卸荷式板樁碼頭為對象，研究卸荷平臺對整體卸荷式板樁碼頭地震響應的影響規律，以期為整體卸荷式板樁碼頭結構設計提供理論基礎。

1 數值分析模型

1.1 工程概況

某港區板樁碼頭采用整體卸荷式結構，前板墻墻厚1 m，墻底標高為-30.0 m；岸壁前沿設計岸壁底標高為-15.5 m，頂面標高為4.8 m；卸荷平臺下設4排灌注樁，灌注樁排架間距為3.5 m，樁底端標高為-50 m，樁身直徑為1 000 mm；平臺后設Φ75mm鋼拉桿，拉桿間距1.33 m；距碼頭前沿46.4 m處設置錨碇墻，錨碇墻厚度為1m，墻底標高-10.0 m。

1.2 有限元模型

板樁墻、卸荷平臺、錨定墻、拉桿采用均采用實體單元，具體參數見表1。土體采用摩爾庫倫強度模型，采用四節點縮減積分實體單元（CPE4R）模擬。土體簡化為兩層，上層為粉土層，下層為海底粘土層，為使得地震荷載對土-結構的響應效果好[4]，在模型底部無限元土體部分（海底粘土層）設置巖石模擬地殼，巖石材料的物理力學性質與混凝土相同。本文采用瑞利阻尼模擬材料阻尼，可以在設置材料的模塊里直接定義[5]。土體的阻尼比參考陳國興[6]的研究成果，具體數值見表1[1]。模型近場采用有限元、遠場采用無限元模擬，通過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域產生干擾。

在碼頭下方五十米輸入典型kobe地震加速度時程。通過對比有無卸荷平臺、不同卸荷平臺高程（1m，0m，-1m）和不同卸荷平臺寬度（16.6m，17.1m，17.6m）三種工況分析卸荷平臺對整體卸荷式板樁碼頭結構地震響應的影響。

2 結論

（1）卸荷平臺能有效減小地震作用下板樁碼頭前墻的最大負彎矩、最大正彎矩以及最大水平位移；但卸荷平臺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。通過對比卸荷平臺高程1m，0m，-1m三種不同工況的數值分析結果，-1m的工況比較經濟合理。

（3）卸荷平臺寬度的變化對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，對前墻彎矩的影響不大。通過對比卸荷平臺寬度16.6m，17.1m，17.6m三種不同工況下的數值分析結果，17.1m的工況比較經濟合理。

參考文獻：

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

[2]司玉軍，曾友進，解占強等.整體卸荷式板樁碼頭結構離心模型試驗研究[J].水利水運工程學報，2009（03）：86-92.

[3]鄧閑文.基于ABAQUS的整體卸荷式板樁碼頭結構受力分析及優選[D].上海海事大學，2015.

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

[5]費康，張建偉.ABAQUS在巖土工程中的應用[M].北京：中國水利水電出版社，2013：53-57.

[6]陳國興，王志華，左熹等.振動臺試驗疊層剪切型土箱的研制[J]. 巖土工程學報，2010，32（01）：89-97.

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