高樁碼頭叉樁破損原因分析信修復(fù)加固技術(shù)研究.pdf

1、在天津港高樁碼頭的原型觀測工作中,發(fā)現(xiàn)碼頭前承臺(tái)叉樁出現(xiàn)了不同程度的破損現(xiàn)象。叉樁破損會(huì)降低碼頭的水平承載力,對碼頭的安全作業(yè)造成較大威脅。在碼頭管理實(shí)踐中,叉樁破損對結(jié)構(gòu)安全的影響程度、叉樁的破損原因以及經(jīng)濟(jì)、合理、有效的修復(fù)加固方案等問題是需要深入研究的。
　　 現(xiàn)場對叉樁進(jìn)行了全面檢測和重點(diǎn)檢測,包括外觀檢測、碼頭變形觀測、混凝土強(qiáng)度測試、混凝土氯離子擴(kuò)散檢測、銹蝕鋼筋斷面損失檢測等;檢測結(jié)果表明:叉樁破損的位置在距樁帽底

2、50 cm的范圍以內(nèi);叉樁的破損形式屬于受力破損而非耐久性破壞,而且叉樁破損形態(tài)為裂縫開展的受拉破壞,局部地區(qū)還出現(xiàn)了混凝土壓碎現(xiàn)象;叉樁破損的規(guī)律等。根據(jù)檢測評估得出:碼頭叉樁的斷裂,其對應(yīng)結(jié)構(gòu)段的安全性等級為C級、使用性等級為B級、耐久性等級為C級;故根據(jù)規(guī)范要求亟需對碼頭進(jìn)行修復(fù)、加固處理。
　　 首先對高樁碼頭上部結(jié)構(gòu)受力和樁土相互作用對叉樁受力的影響進(jìn)行總結(jié),并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查的荷載變化情況,得到了影響叉樁受力的外荷載:碼

3、頭前沿浚深、岸坡回淤、水平力(撞擊力或系纜力)、后承臺(tái)及后方堆場豎向荷載。
　　 其次,研究了水平荷載的排架分配系數(shù)。影響高樁碼頭排架分配系數(shù)的因素很多,本文通過高樁碼頭結(jié)構(gòu)段的物理模型和有限元模型研究,得到了碼頭面板豎向荷載與排架剛度、排架分配系數(shù)之間的關(guān)系,得到了撞擊力作用點(diǎn)對排架分配系數(shù)的影響,并建立了排架最不利分配系數(shù)的加載有限元模型。
　　 通過現(xiàn)行規(guī)范無法得到叉樁破損的真實(shí)原因,文章在理論上探討土體本構(gòu)模型及

4、接觸單元本構(gòu)、算法的基礎(chǔ)上,結(jié)合有限元知識(shí),建立了高樁碼頭結(jié)構(gòu)與土相互作用的有限元計(jì)算模型,計(jì)算得到了叉樁在不同工況荷載下樁頂?shù)氖芰η闆r;通過分析表明:叉樁破損的機(jī)理是樁頂承受較大的彎矩而發(fā)生大偏心受壓破壞。本文結(jié)合正交分析和敏感度的方法對影響樁體正截面受力的因素進(jìn)行分析得到:影響樁體破損的主要外力荷載為船舶撞擊力及系纜力,以及叉樁的最不利受力工況。
　　 鋼筋混凝土的計(jì)算理論及有限元知識(shí)說明,分離式的鋼筋混凝土有限元模型便可揭

5、示鋼筋和混凝土之間相互作用的微觀機(jī)理,而彌散式的裂縫模型能比較準(zhǔn)確預(yù)測裂縫的區(qū)域及有效估算構(gòu)件開裂對應(yīng)的荷載。所以利用上述方法建立鋼筋混凝土有限元模型,計(jì)算了樁體在最不利工況下的內(nèi)力狀況,驗(yàn)證了叉樁的破損特征(大偏心受壓破壞);并得到了直樁、向岸斜樁、向海斜樁的破損規(guī)律。
　　 對叉樁的修復(fù)加固是工程界中十分關(guān)心的問題,根據(jù)叉樁的破壞機(jī)理,本文提出了2種修復(fù)加固方案,即加大樁帽法和局部外包樁體法,并分別對這2種方案的加固效果進(jìn)行