土體強度對分離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地基土體強度對分離卸荷式板狀碼頭地震響應的影響。計算結果表明：增加持力層及其以上土體的強度，可明顯減小地震引起的碼頭板狀墻水平位移以及最大正負彎矩值；對地震引起的碼頭板樁墻陸側土壓力影響較小。研究結果可為分離卸荷式板樁碼頭結構設計提供理論基礎。

關鍵詞：土體強度；板樁碼頭；地震響應；數值分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.213

0 引 言

分離卸荷式板樁碼頭在前板墻后方較低高程處設有樁支撐的卸荷承臺，群樁來承擔承臺上方土重和碼頭面上的荷載，以達到卸荷效果。部分學者已經對分離卸荷式板樁碼頭展開研究，卸荷承臺及群樁可以有效地降低前板墻水平位移、陸側土壓力和彎矩，且承臺尺寸、樁截面尺寸、樁間距、胸墻與承臺間距等都對卸荷效果有一定影響。譚慧明[1]等采用有限元數值分析方法計算分析了地震特性對分離卸荷式板樁碼頭地震響應的影響。

本文基于ABAQUS有限元數值分析軟件，采用有限元—無限元方法[2-3]計算分析了在均質土情況下不同強度土體對分離卸荷式板樁碼頭地震響應的影響。

1 碼頭數值分析模型

1.1 碼頭工程概況

工程概況如圖1所示， 板樁墻和錨碇墻之間距離為5cm，板樁墻和錨碇墻為鋼筋混凝土材料，兩者之間采用Q345Ф95鋼拉桿連接，承臺基礎橫向由兩根灌注樁組成，港池挖深20m。

1.2 碼頭數值分析模型及參數選取

板樁墻、卸荷平臺、錨定墻、拉桿均采用實體單元。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，具體參數見表1。為使得地震荷載對土—結構的響應效果好，假設地基50米深范圍內為均質土，在50米深處施加地震荷載，不考慮其他荷載。本模型地基土體簡化為三層，上層（0m —50m）為碼頭結構所在土層，中層（50m—100m）為海底粘土層，下層為基巖，基巖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 [2]，土體的阻尼比及阻尼系數計算參考陳國興 [4-5]的成果，地震波采用KOBE地震波按照加速度時程的方式輸入。

2 數值計算結果分析

2.1 前板墻水平位移

由數值計算結果分析可得，土體強度增大，沿前板墻水平位移變化規律相似且都明顯減小，同時前板墻整體的平均前傾幅度度也略有減小。

2.2 前板墻陸側土壓力

由數值計算結果分析可得，土體強度增大，前板墻陸側土壓力有所增大，但從數值上看土壓力增幅較小。

2.3 前板墻彎矩

由數值計算結果分析可得，土體強度增大，前板墻各部分彎矩都有不同程度減小，在最大正彎矩與最大負彎矩附近減小尤為明顯。

3 結論

地震作用對比計算結果表明：增加上層土體的強度，可明顯減小地震引起的碼頭板樁墻水平位移以及最大正負彎矩值，但對地震引起的碼頭板樁墻陸側土壓力影響較小。研究結果可為分離卸荷式板樁碼頭結構設計及施工提供理論基礎。

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]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.

[3]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.

[4]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.

[5]陳國興.巖土地震工程學[M].北京：科學出版社，2007.

作者簡介：孟祥輝（1991-），男，碩士研究生，研究方向：碼頭抗震研究。