新型板樁碼頭結(jié)構(gòu)與地基相互作用數(shù)值分析研究.pdf

1、板樁結(jié)構(gòu)作為碼頭結(jié)構(gòu)形式之一,經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展,為了適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,船舶大型化發(fā)展要求,也不斷地向現(xiàn)代化、大型化、深水化方向發(fā)展。唐山港京唐港10萬(wàn)噸級(jí)通用散貨碼頭,由中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì),創(chuàng)造性地提出了一種全新的碼頭結(jié)構(gòu)形式——遮簾式地連墻板樁碼頭結(jié)構(gòu),是在傳統(tǒng)板樁碼頭結(jié)構(gòu)前墻后面設(shè)置一排遮簾樁,用來(lái)承擔(dān)一部分土壓力,以達(dá)到深水泊位的要求,這也是目前世界上最大的板樁碼頭。
　　 由于該新型結(jié)構(gòu)首次采用,

2、缺少相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和計(jì)算方法,給工程的設(shè)計(jì),施工與優(yōu)化帶來(lái)了極大困難,因而有必要系統(tǒng)研究樁身與墻體的變形、拉桿力的變化、以及樁與墻體土壓力及彎矩的分布與變化規(guī)律等,為工程設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供技術(shù)支持。新型遮簾式地連墻板樁碼頭設(shè)計(jì)理論及工作機(jī)理中核心問(wèn)題是新型結(jié)構(gòu)與土的相互作用和計(jì)算方法的問(wèn)題。而基于樁、土材料不同特性而建立力學(xué)模型,及與實(shí)際工程相一致的計(jì)算方法,一直是土木工程研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　 本文在廣泛收集國(guó)內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上

3、,通過(guò)土工實(shí)驗(yàn)、理論分析、數(shù)值計(jì)算等手段,對(duì)樁土相互作用和數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究,為研究新型碼頭結(jié)構(gòu)作用機(jī)理提供系統(tǒng)實(shí)用的分析方法,研究成果也可應(yīng)用于類(lèi)似的土木和水利工程問(wèn)題。主要工作內(nèi)容如下:
　　 (1)通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn),對(duì)研究區(qū)域土體的強(qiáng)度和變形特征進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)當(dāng)前數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)化分析常用假設(shè)進(jìn)行分析評(píng)價(jià),結(jié)合工程研究中存在的問(wèn)題,指出其中的不足,針對(duì)研究區(qū)域以粉細(xì)砂為主的特點(diǎn),對(duì)工程界常用的土體本構(gòu)模型的適用

4、性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。
　　 (2)針對(duì)目前數(shù)值計(jì)算中,由于計(jì)算方法和數(shù)值處理方式的不同,使得工程數(shù)值計(jì)算結(jié)論缺少可比性。本文在比較分析的基礎(chǔ)上,選用能駕馭強(qiáng)大的非線性計(jì)算能力和良好的前后處理平臺(tái)的商用軟件,進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),建立了靜態(tài)土體常用本構(gòu)模型庫(kù),計(jì)算表明,本構(gòu)模型庫(kù)子程序運(yùn)行穩(wěn)定,結(jié)果可靠。
　　 (3)樁土相互作用是目前土工數(shù)值計(jì)算的難點(diǎn)和熱點(diǎn),而建立樁土接觸本構(gòu)模型是關(guān)鍵。本文在基于接觸力學(xué)的基礎(chǔ)上,通過(guò)結(jié)構(gòu)幾何關(guān)系

5、的準(zhǔn)確描述,來(lái)判別物體之間的接觸關(guān)系,因而在處理位移不連續(xù)現(xiàn)象具有更大的優(yōu)越性。
　　 (4)開(kāi)展了不同相對(duì)密度的細(xì)砂與不同粗糙度水泥板的直剪試驗(yàn),系統(tǒng)研究了細(xì)砂與水泥板接觸力學(xué)特征。
　　 (5)采用大型通用有限元分析軟件ABAQUS,在二次開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上,建立三維有限元分析模型,考慮樁、土及結(jié)構(gòu)三者之間相互作用,比較真實(shí)的模擬了遮簾式地連墻板樁碼頭成樁、浚深挖泥及場(chǎng)地結(jié)構(gòu)面堆載的全過(guò)程,并與相似試驗(yàn)結(jié)果比較,分析遮簾式