水平荷载下底梁式全直桩码头横向荷载传递规律

针对常规内河全直桩高桩码头抵抗水平力差的缺点,提出了底梁式全直桩高桩码头结构,并对此结构进行了室内模型试验和数学模型试验.在室内模型试验中首先利用方程分析法和量纲分析法作相似分析,得到试验模型相似参数,然后通过一系列的前期土工模型试验对模型材料进行配制和选定,并在此基础上进行水平荷载作用下的码头结构-桩-土的试验.通过对比分析两种方法在水平荷载作用下结构的桩身位移、应变、弯矩和剪力,以及横梁和靠船梁的轴力,从而探讨结构的横向荷载传递规律.结果表明底梁式全直桩码头能较好地抵抗水平力的作用,可供同类工程设计参考.     

竖向荷载作用下斜桩承载特性数值分析

近年来,斜桩在桥梁、码头、海上钻井平台及大型输电线路塔架基础等工程中得到广泛应用,研究不同倾角斜桩的荷载传递及承载特性实用意义较大。基于ABAQUS软件,考虑桩土接触特性,模拟分析了不同倾角斜桩的承载特性。结果表明:桩身倾角不大于10°时,倾斜角对单桩的极限承载力影响不大,但会在桩身产生一定弯矩以及桩顶产生一定的水平位移;桩身轴力沿桩长方向的衰减速率随桩身倾角的增大而增大;斜桩桩身弯矩主要分布在桩顶下1/2桩长范围内,其最大值的位置不受桩身倾角以及桩顶竖向荷载的影响;斜桩桩身侧摩阻力沿桩长大致呈"S"型分布,其桩顶以下1/6桩长范围内侧摩阻力远远大于直桩。     

沙土中抗拔斜桩承载力特性研究

以沙漠地区某输电塔基础为背景,采用数值模拟方法探讨不同倾角及其他条件对斜桩荷载传递及其承载力的影响。有限元分析结果表明,桩身倾角不大于10°时,倾斜角对单桩的极限抗拔承载力影响不大,但会在桩身产生一定的弯矩以及在桩顶产生一定的水平位移。桩顶设置承台有助于减小斜桩的水平位移和桩身的弯矩。对倾角较大斜桩的抗拔承载力进行预估时,应该对桩顶以下一定范围内的的桩侧摩阻力予以折减。抗拔桩桩端侧阻力总体呈现弱化现象。     

带承台倾斜单桩水平承载变形性状数值分析

为研究带承台倾斜单桩水平承载变形性状,通过数值模拟手段分析了水平荷载作用下桩身倾角、长径比对桩顶带承台斜桩的承载变形性状的影响,并重点分析了竖向荷载对水平受荷斜桩性状的影响。结果表明①水平荷载作用下,负斜桩的桩顶水平位移最大,直桩居中,正斜桩最小;桩身倾角越大,斜桩桩顶水平位移与相应直桩桩顶水平位移差值越大;相同情况下,长径比对斜桩桩顶水平位移影响不明显。②水平荷载作用下,桩身倾角只影响斜桩桩身弯矩的大小,而最大桩身弯矩的位置基本不变。③竖向荷载减小了负斜桩桩顶水平位移,却增大了正斜桩桩顶位移。④负斜桩的桩身最大弯矩随着竖向荷载的增大而减小,正斜桩却与之相反。     

上拔荷载对斜桩水平承载性状影响的试验研究

斜桩在承受水平荷载的同时,往往会受到上拔荷载的作用。为研究上拔荷载对斜桩水平承载性状的影响,开展了10根直、斜桩的室内模型试验,研究上拔荷载对斜桩桩顶水平位移和水平承载力的影响,对比了直桩与斜桩桩身弯矩和剪力的差异,并分析了上拔荷载对正、负斜桩桩身内力及桩侧摩阻力的影响规律。模型试验结果表明:上拔荷载从直桩水平极限承载力的12.5%增大到75%时,正斜桩水平承载力比增大21%,负斜桩水平承载力比减小25%。上拔荷载的存在会使正、负斜桩桩身轴力均增大,且上拔荷载越大,桩身轴力越大。上拔荷载能减小正斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力得到提高,而增大负斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力被削弱;不论正斜桩还是负斜桩,其上部区段桩身侧表面均出现了方向向上的摩阻力,而下部区段桩身侧表面均为方向向下的摩阻力,随着上拔荷载的增大,斜桩桩身侧摩阻力逐渐增大。     

离岸深水全直桩码头水平承载力简化计算

全直桩码头是一种适用于离岸深水海域的新型高桩码头结构型式,其破坏模式与传统高桩码头结构存在较大差异。通过有限元法研究了水平荷载作用下离岸深水全直桩码头结构破坏模式、桩侧土压力及桩身弯矩分布,并验算了规范中m法、P-Y曲线法和NL法的适用性。研究结果表明,水平荷载作用下,基桩的塑性破坏是结构失稳的控制因素,且结构失稳时桩身最大弯矩达极限弯矩值,在此基础上,结合简化计算方法计算了结构水平极限承载力。通过对比可知,基于m法的简化方法在小位移时与有限元法吻合较好,基于P-Y曲线法和NL法的简化方法在各种位移条件下与有限元法均吻合较好,且通过桩身极限弯矩与设计荷载作用下桩身最大弯矩之比计算结构安全系数的简化方法是合理的。     

水平偏心荷载作用下斜桩承载特性模型试验

斜桩周围的土体自重应力场不对称于斜桩轴线,其承载变形特性比较复杂。在砂土地基中开展了斜桩模型试验,研究了斜桩在垂直于其倾斜方向的水平偏心荷载作用下的承载变形特性,分析了桩身表面粗糙程度、桩身倾角对斜桩承载变形特性及桩身内力分布规律的影响。试验结果表明,在垂直于斜桩倾斜方向的水平偏心荷载作用下,斜桩桩顶水平位移很小,而扭转变形较大,其承载力取决于扭转变形。垂直于斜桩倾斜方向的水平偏心荷载不仅会使斜桩弯曲,还会使斜桩沿其纵向轴线拉伸。斜桩桩身最大弯矩超过作用于桩顶的扭矩约10%～30%,斜桩全长受拉,但桩身轴力很小,最大轴力约为桩顶水平荷载的5%。斜桩桩身表面作用有纵向摩阻力及环向摩阻力。斜桩桩身上部纵向摩阻力为正摩阻力,下部则为负摩阻力,中性点的位置约在相对深度Z/L=0.3处,纵向平均摩阻力远小于相同深度处的环向平均摩阻力。     

竖向荷载作用下斜桩承载特性模型试验研究

通过模型试验研究了竖向荷载作用下砂土中单斜桩的承载特性,分析了斜桩倾角对荷载-沉降特性、桩身轴力、弯矩、剪力及桩侧摩阻力的影响,并与直桩的承载特性进行了比较。试验结果表明:1斜桩沉降大于直桩沉降,斜桩倾角越大,斜桩与直桩沉降差越大。2相同桩顶荷载作用下,斜桩轴力小于直桩轴力,斜桩倾角越大,轴力沿深度衰减得越快。3斜桩弯矩主要发生于1/2桩长范围内,且均随着荷载和倾角的增大而增大;4不论斜桩倾角的大小,桩侧摩阻力沿深度分布均可以分成3个区段,在第1区段,斜桩倾角越大,桩侧摩阻力越小;在第2区段,斜桩倾角越大,桩侧摩阻力越大;在第3区段,斜桩倾角越大,桩侧摩阻力越小。     

考虑桩土相互作用的高桩码头非线性地震反应分析

采用有限元软件ABAQUS对高桩码头的地震反应进行了分析,考虑了桩-土动力相互作用、土体和桩板混凝土的动力非线性特征,分析了码头结构在不同地震作用影响下的相对位移、加速度、剪力和弯矩,确定了结构塑性铰出现的时刻和顺序,从而判明结构的屈服机制、薄弱环节以及可能的破坏类型,并在此基础上提出了设计建议.计算表明,桩的地震加速度响应随着高度的增加先增大后减小,桩身各点相对桩底的位移反应峰值从桩底到桩顶逐渐增大,桩身弯矩从桩底到岸坡面先增大后减小,在岸坡面以上,弯矩先减小后增大,最后在桩顶达到峰值,桩顶部的剪力最大.     

竖向荷载作用下斜桩承载变形特性有限元分析

斜桩的受力变形性状相比直桩要复杂得多,为了分析斜桩在竖向荷载作用下的承载变形性状,采用有限元分析的方法对竖向荷载作用下斜桩的承载变形以及桩-土相互作用进行了研究,分析了桩身倾角对斜桩竖向承载变形及桩-土相互作用的影响。结果表明:桩身倾角越大,斜桩桩顶沉降和水平位移也越大;桩身弯矩主要出现在桩身上半部分,随着桩身倾角增大而增大;斜桩桩前桩-土接触压力沿深度先增大后减小又逐渐增大,桩后桩-土接触压力从零压力点逐渐增加后迅速减小,一定深度后又逐渐增加,桩前与桩后的桩-土接触压力最大值随桩身倾角增大而增大;深度2.5 m以上,桩前侧摩阻力随桩身倾角增大而增大,深度2.5~6.5 m的桩前侧摩阻力衰减的程度随桩身倾角增大而增大,深度6.5 m以下桩前侧摩阻力随桩身倾角增大而减小;桩身倾角越大,桩后零摩阻力区段越长,零摩阻力区段以下的桩后侧摩阻力越小。     

国内外高桩码头抗震性能和设计方法研究进展Ⅲ:斜桩和桩-上部结构连接的抗震性能

通过对高桩码头震害的分析,弄清了高桩码头破坏的主要原因。在此基础上,从高桩码头抗震设计方法、桩-土相互作用、斜桩和桩-上部结构连接的抗震性能等方面,介绍了国内外高桩码头抗震研究的进展,总结了这些研究成果在高桩码头抗震设计规范中的应用,指出了高桩码头抗震性能研究的不足及需要深入研究的问题,并就如何吸收国外高桩码头抗震的研究成果及修订抗震设计规范提出了建议。本文为系列论文第3部分,主要论述了斜桩和桩-上部结构连接的抗震性能。研究表明,斜桩的抗震性能存在较大争议,国外在桩-上部结构连接形式及隔震技术方面进行了大量理论和试验研究并在码头抗震设计中得到应用,我国在斜桩使用和桩-上部结构连接等方面还需要继续深入研究。     

国内外高桩码头抗震性能和设计方法研究进展Ⅱ:桩-土相互作用

通过对高桩码头震害的分析,分析了高桩码头破坏的主要原因。在此基础上,从高桩码头抗震设计方法、桩-土相互作用、斜桩和桩-上部结构连接的抗震性能等方面,论述了国内外高桩码头抗震研究的进展,总结了这些研究成果在高桩码头抗震设计规范中的应用,指出了高桩码头抗震性能研究的不足及需要深入研究的问题。对国内如何吸收国外高桩码头抗震的研究成果及抗震设计规范的修订方向提出了建议。该系列论文分为3部分,此为第2部分,主要介绍高桩码头抗震计算中桩-土相互作用的评估方法以及高桩码头的动力分析方法和研究成果。研究表明,评估桩-土相互作用的方法已较为完善,而对高桩码头抗倒塌性能以及近断层地震动下码头反应特性的研究还有待深入。     

上拔力-水平力-扭矩组合荷载作用下斜桩承载特性模型试验

斜桩广泛应用于桥梁、水上钻井平台及风力发电基础等工程中,其承载特性十分复杂。为揭示上拔力-水平力-扭矩共同作用下斜桩单桩的承载特性,利用自主设计制作的加载设备,在砂土地基中开展了4根斜桩室内模型试验,研究了桩身倾角、上拔及水平荷载对受扭斜桩桩顶水平位移、扭转角及桩身扭矩、弯矩的影响。试验结果表明：斜桩水平承载力随桩身倾角的增大而增大;倾角及上拔荷载的增大均会导致斜桩极限扭转承载力的减小;斜桩最大弯矩受到桩身倾斜角度及桩顶上拔荷载的影响,随其增加而增加;组合荷载作用下的斜桩存在有效荷载传递深度。     

高桩码头对邻近爆破的非线性动力响应分析

爆破施工会对周围已有的建筑物产生安全隐患, 因此, 预测爆破施工对周边建筑物的影响能有效降低风险, 消除安全隐患。在某港口周边进行爆破施工前, 为保证邻近高桩码头的安全, 先建立爆破位置与高桩码头整个区域的三维非线性有限元数值模型。在爆破荷载及高桩码头在役期间的最不利荷载作用下, 计算分析港口内部结构与土的非线性相互作用动力响应。根据港口结构所能承受的爆破冲击波通过土体传递给结构的动力响应, 并以高桩码头的安全振动速度为衡量标准, 得到爆破点距离码头最近位置时的最大单孔炸药量, 分析此时码头的位移变形、弯矩、剪力以及应变情况, 发现码头的位移受爆破荷载的影响较小, 但码头内部斜桩较直桩承受更大的应力、剪力, 因此在爆破施工时, 斜桩更容易受到破坏。     

水平荷载-扭矩耦合作用下斜桩承载变形特性数值模拟

利用ABAQUS数值软件分析了斜桩在水平荷载 H 和扭矩 T 耦合作用下的承载特性、桩身内力以及桩-土界面上的摩阻力等变化特征并与直桩进行了对比,探讨了桩-土刚度比、荷载偏心距和桩身长径比对斜桩受扭承载力的影响。分析结果表明:斜桩在水平荷载与扭矩耦合作用下,桩身为受扭破坏;斜桩的受扭承载力大于直桩,斜桩受扭承载力的大小与桩身倾角相关;桩-土刚度比、荷载偏心距和桩身长径比对斜桩受扭承载力也有一定的影响,而桩身长径比的影响较大。     

遮帘式板桩码头工作机制

结合某深水泊位板桩码头的优化设计,进行了遮帘式板桩结构码头的土工离心模型试验.测试了遮帘桩临海和临陆侧的土压力.试验结果表明,在港池形成前,遮帘桩海、陆侧土压力分布基本相同;港池开挖后,遮帘桩临海侧土压力明显低于陆侧.通过设置遮帘桩可减小前墙所受到的土压力,从而使前墙的墙厚保持在合理范围内.     

某高桩码头桩基受力有限元分析及结构损伤研究

为研究高桩码头桩基受力及结构损伤,对某高桩码头3类典型断面进行有限元数值模拟,并对基桩进行承载力计算分析;之后,将数值模拟结果与现场桩基结构损伤检测结果作比较,二者吻合较好,从而验证了理论分析的正确性,并最终给出受损部位的加固措施。根据基桩承载力有限元分析及实测结果,可以断定基桩顶部(距桩帽下方1~2 m)为最易受损部位;对于码头3种断面类型,应尽量避免使用断面1、断面2的形式,原因是这2类断面的水平承载力太小,极易受水平力作用而在使用过程中发生损坏;提出2种加固基桩受损部位的措施,增大桩帽截面法和钢抱箍法,但在具体修复时,应根据实际情况在考虑时间因素、经济效益的前提下,认真总结比较这2种措施的优缺点,灵活选用修复措施,对桩基受损部位进行妥善处理。     

内河框架码头构件重要性评价

全直桩框架码头通过能力大,能适应内河大水位差条件要求,在我国西南山区河流码头建设中广泛应用。该结构由于构件数量多、受力条件复杂,构件传力途径和薄弱环节难以确定。运用基于结构广义刚度的重要性评价方法,分别计算船舶荷载作用下和荷载组合作用下框架码头构件重要性系数,对传力途径及薄弱环节进行分析。结果表明:桩柱的重要性普遍大于梁,桩柱的重要性呈现"上小下大"的趋势,梁的重要性则与船舶撞击位置有关;通过重要性系数分析可知,前排桩基、后排桩基、最高层前边梁、排架底层最后方节点和最前方节点等5处为内河框架码头的薄弱环节,在设计中应预留足够安全储备;框架码头的主要传力途径由结构最外层构件组成。研究结果可为码头结构优化提供参考依据。