離岸深水全直樁碼頭結(jié)構(gòu)承載特性及簡(jiǎn)化計(jì)算方法研究.pdf

1、隨著運(yùn)輸船舶趨向大型化發(fā)展，新建港口碼頭的位置向離岸、深水區(qū)推進(jìn)，離岸深水區(qū)淺層地基土體多為飽和軟粘土。全直樁碼頭結(jié)構(gòu)是適用于軟土地基上離岸深水域的新型高樁碼頭結(jié)構(gòu)型式。然而，該結(jié)構(gòu)型式與傳統(tǒng)含斜樁或叉樁的高樁碼頭結(jié)構(gòu)型式不同，其承載機(jī)理、破壞模式與傳統(tǒng)高樁碼頭存在較大差異；結(jié)構(gòu)所處離岸深水區(qū)波浪荷載強(qiáng)度更高，波浪循環(huán)荷載作用引起的土體循環(huán)軟化效應(yīng)顯著；離岸深水全直樁碼頭樁身較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)柔度較大，結(jié)構(gòu)基本周期與波浪力、撞擊力荷載周期接近，

2、結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)特性、風(fēng)暴潮浪與結(jié)構(gòu)相互作用等問題突出；在長(zhǎng)期波浪循環(huán)荷載作用下，離岸深水全直樁碼頭結(jié)構(gòu)循環(huán)累積變形特性尚不清楚。針對(duì)以上問題，結(jié)合某離岸深水港設(shè)計(jì)方案，對(duì)離岸深水全直樁碼頭結(jié)構(gòu)承載機(jī)理、破壞模式、水平荷載作用下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響因素(考慮土體循環(huán)軟化效應(yīng))、水平荷載作用下結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)力簡(jiǎn)化計(jì)算方法以及循環(huán)荷載作用下結(jié)構(gòu)循環(huán)累積變形簡(jiǎn)化計(jì)算方法等問題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要研究?jī)?nèi)容、研究方法及研究成果闡述如下：
　　1.借助大

3、型商用有限元分析軟件ABAQUS建立了離岸深水全直樁碼頭結(jié)構(gòu)-地基相互作用的三維彈塑性有限元模型。采用荷載控制方式，結(jié)合加載系數(shù)及理想塑性流動(dòng)概念，分析了波浪力、撞擊力水平荷載及豎向荷載作用下結(jié)構(gòu)受力、變形及水平荷載作用下沿樁身彎矩與樁側(cè)土壓力分布情況。研究了離岸深水全直樁碼頭結(jié)構(gòu)承載特性及破壞模式，結(jié)合樁身彎矩和樁側(cè)土壓力分布情況，建議了采用“塑性鉸”破壞模式作為判斷水平荷載作用下離岸深水全直樁碼頭結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。
　　2.

4、通過有限元軟件接口子程序?qū)柡蛙浾惩恋鼗h(huán)強(qiáng)度與Mises屈服準(zhǔn)則相結(jié)合，基于擬靜力分析建立離岸深水全直樁碼頭結(jié)構(gòu)考慮土體循環(huán)軟化效應(yīng)的計(jì)算模型，對(duì)波浪荷載作用下飽和軟粘土地基土體循環(huán)軟化效應(yīng)進(jìn)行模擬。采用有限元法分析了土體循環(huán)軟化效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響情況，進(jìn)而探討了樁基入土深度、樁壁厚度、土性條件、土體循環(huán)軟化效應(yīng)及剪脹角對(duì)離岸深水全直樁碼頭結(jié)構(gòu)水平極限承載力的影響情況。
　　3.通過有限元法驗(yàn)算m法、P-Y曲線法和NL法計(jì)

5、算離岸深水全直樁碼頭結(jié)構(gòu)的適用性，得出基于m法的簡(jiǎn)化計(jì)算方法適用于小位移情況；基于P-Y曲線法和NL法的簡(jiǎn)化計(jì)算方法在小位移及大位移情況均與有限元計(jì)算結(jié)果吻合較好，驗(yàn)證了靜力簡(jiǎn)化計(jì)算方法的有效性。結(jié)合“塑性鉸”失穩(wěn)判別標(biāo)準(zhǔn)，基于P-Y曲線法、NL法建立了一種通過樁身極限彎矩與設(shè)計(jì)荷載作用下樁身最大彎矩之比確定離岸深水全直樁碼頭結(jié)構(gòu)水平極限承載力的簡(jiǎn)化方法。
　　4.采用模態(tài)分析法研究離岸深水全直樁碼頭結(jié)構(gòu)自振特性，得出了結(jié)構(gòu)基本周

6、期較長(zhǎng)，與波浪力、撞擊力荷載周期接近，結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)突出的結(jié)論。進(jìn)一步通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)離岸深水全直樁碼頭結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)可按單自由度系統(tǒng)位移動(dòng)力放大系數(shù)理論公式進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，基于P-Y曲線法、NL法建立了離岸深水全直樁碼頭結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)簡(jiǎn)化計(jì)算方法，通過與動(dòng)力有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了該動(dòng)力響應(yīng)簡(jiǎn)化計(jì)算方法的有效性和可行性。
　　5.根據(jù)循環(huán)荷載作用下軟粘土循環(huán)累積變形隨循環(huán)荷載作用次數(shù)的變化趨勢(shì)與靜力荷載作用下土體蠕變隨時(shí)間的變