卸荷平台对整体卸荷式板桩码头地震响应的影响

2016-04-14侯慷

山东工业技术 2016年8期

摘要：采用数值分析方法研究了卸荷平台对板桩码头结构地震响应的影响。结果表明，卸荷平台能有效减小地震作用下板桩码头前墙的最大彎矩和最大水平位移，但码头上部及锚碇墙的水平位移也有所增大。降低卸荷平台高程能一定程度降低地震作用下整体卸荷式板桩码头前墙、锚碇墙的弯矩和水平位移。卸荷平台宽度的变化对地震作用下整体卸荷式板桩码头前墙、锚碇墙的的水平位移有一定影响，但对前墙的弯矩影响不大。

关键词：卸荷平台；板桩码头；数值分析；地震响应

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.251

0 引言

整体卸荷式板桩码头是将前排板桩和后排遮帘桩通过卸荷平台连成一个整体，利用卸荷平台承担上方荷载，旨在减小前排板桩弯矩和水平位移的一种新型码头[1]。司玉军[2]通过大型土工离心模型试验，研究了整体卸荷式板桩码头结构的工作特性。邓闲文[3]采用数值分析方法研究了卸荷平台对整体卸荷式板桩码头结构性能的影响规律。然而，这些研究局限于探讨静力作用下整体卸荷式板桩码头结构性能的变化，而地震荷载影响码头结构性能的研究成果鲜见报道。为此，本文以某港区整体卸荷式板桩码头为对象，研究卸荷平台对整体卸荷式板桩码头地震响应的影响规律，以期为整体卸荷式板桩码头结构设计提供理论基础。

1 数值分析模型

1.1 工程概况

某港区板桩码头采用整体卸荷式结构，前板墙墙厚1 m，墙底标高为-30.0 m；岸壁前沿设计岸壁底标高为-15.5 m，顶面标高为4.8 m；卸荷平台下设4排灌注桩，灌注桩排架间距为3.5 m，桩底端标高为-50 m，桩身直径为1 000 mm；平台后设Φ75mm钢拉杆，拉杆间距1.33 m；距码头前沿46.4 m处设置锚碇墙，锚碇墙厚度为1m，墙底标高-10.0 m。

1.2 有限元模型

板桩墙、卸荷平台、锚定墙、拉杆采用均采用实体单元，具体参数见表1。土体采用摩尔库伦强度模型，采用四节点缩减积分实体单元（CPE4R）模拟。土体简化为两层，上层为粉土层，下层为海底粘土层，为使得地震荷载对土-结构的响应效果好[4]，在模型底部无限元土体部分（海底粘土层）设置岩石模拟地壳，岩石材料的物理力学性质与混凝土相同。本文采用瑞利阻尼模拟材料阻尼，可以在设置材料的模块里直接定义[5]。土体的阻尼比参考陈国兴[6]的研究成果，具体数值见表1[1]。模型近场采用有限元、远场采用无限元模拟，通过在边界上引入阻尼力吸收地震波的辐射能量，避免能量传回分析区域产生干扰。

在码头下方五十米输入典型kobe地震加速度时程。通过对比有无卸荷平台、不同卸荷平台高程（1m，0m，-1m）和不同卸荷平台宽度（16.6m，17.1m，17.6m）三种工况分析卸荷平台对整体卸荷式板桩码头结构地震响应的影响。

2 结论

（1）卸荷平台能有效减小地震作用下板桩码头前墙的最大负弯矩、最大正弯矩以及最大水平位移；但卸荷平台也增加了码头上部的水平位移以及锚定墙的水平位移。

（2）降低卸荷平台的高程能一定程度降低地震作用下整体卸荷式板桩码头前墙、锚定墙的弯矩、水平位移。通过对比卸荷平台高程1m，0m，-1m三种不同工况的数值分析结果，-1m的工况比较经济合理。

（3）卸荷平台宽度的变化对地震作用下整体卸荷式板桩码头前墙、锚定墙的水平位移有一定影响，对前墙弯矩的影响不大。通过对比卸荷平台宽度16.6m，17.1m，17.6m三种不同工况下的数值分析结果，17.1m的工况比较经济合理。

参考文献：

[1]谭慧明，梅涛涛，焦志斌.地震特性对新型分离卸荷式板桩码头动力响应的影响[J].土木工程学报，2014，47（02）：247-253.

[2]司玉军，曾友进，解占强等.整体卸荷式板桩码头结构离心模型试验研究[J].水利水运工程学报，2009（03）：86-92.

[3]邓闲文.基于ABAQUS的整体卸荷式板桩码头结构受力分析及优选[D].上海海事大学，2015.

[4]蒋建平，刘春林，蒋宏鸣等.基于ABAQUS 的板桩码头地震动力响应研究[J].水运工程，2013（06）：40-45.

[5]费康，张建伟.ABAQUS在岩土工程中的应用[M].北京：中国水利水电出版社，2013：53-57.

[6]陈国兴，王志华，左熹等.振动台试验叠层剪切型土箱的研制[J]. 岩土工程学报，2010，32（01）：89-97.