土體強(qiáng)度對(duì)分離卸荷式板樁碼頭地震響應(yīng)的影響

摘 要：采用數(shù)值分析方法研究了地基土體強(qiáng)度對(duì)分離卸荷式板狀碼頭地震響應(yīng)的影響。計(jì)算結(jié)果表明：增加持力層及其以上土體的強(qiáng)度，可明顯減小地震引起的碼頭板狀墻水平位移以及最大正負(fù)彎矩值；對(duì)地震引起的碼頭板樁墻陸側(cè)土壓力影響較小。研究結(jié)果可為分離卸荷式板樁碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：土體強(qiáng)度；板樁碼頭；地震響應(yīng)；數(shù)值分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.213

0 引 言

分離卸荷式板樁碼頭在前板墻后方較低高程處設(shè)有樁支撐的卸荷承臺(tái)，群樁來承擔(dān)承臺(tái)上方土重和碼頭面上的荷載，以達(dá)到卸荷效果。部分學(xué)者已經(jīng)對(duì)分離卸荷式板樁碼頭展開研究，卸荷承臺(tái)及群樁可以有效地降低前板墻水平位移、陸側(cè)土壓力和彎矩，且承臺(tái)尺寸、樁截面尺寸、樁間距、胸墻與承臺(tái)間距等都對(duì)卸荷效果有一定影響。譚慧明[1]等采用有限元數(shù)值分析方法計(jì)算分析了地震特性對(duì)分離卸荷式板樁碼頭地震響應(yīng)的影響。

本文基于ABAQUS有限元數(shù)值分析軟件，采用有限元—無限元方法[2-3]計(jì)算分析了在均質(zhì)土情況下不同強(qiáng)度土體對(duì)分離卸荷式板樁碼頭地震響應(yīng)的影響。

1 碼頭數(shù)值分析模型

1.1 碼頭工程概況

工程概況如圖1所示， 板樁墻和錨碇墻之間距離為5cm，板樁墻和錨碇墻為鋼筋混凝土材料，兩者之間采用Q345Ф95鋼拉桿連接，承臺(tái)基礎(chǔ)橫向由兩根灌注樁組成，港池挖深20m。

1.2 碼頭數(shù)值分析模型及參數(shù)選取

板樁墻、卸荷平臺(tái)、錨定墻、拉桿均采用實(shí)體單元。土體采用摩爾—庫倫強(qiáng)度模型，采用四節(jié)點(diǎn)縮減積分實(shí)體單元（CPE4R）模擬，具體參數(shù)見表1。為使得地震荷載對(duì)土—結(jié)構(gòu)的響應(yīng)效果好，假設(shè)地基50米深范圍內(nèi)為均質(zhì)土，在50米深處施加地震荷載，不考慮其他荷載。本模型地基土體簡(jiǎn)化為三層，上層（0m —50m）為碼頭結(jié)構(gòu)所在土層，中層（50m—100m）為海底粘土層，下層為基巖，基巖物理力學(xué)性質(zhì)與混凝土相同。本文采用瑞利阻尼模擬材料阻尼，可以在設(shè)置材料的模塊里直接定義 [2]，土體的阻尼比及阻尼系數(shù)計(jì)算參考陳國興 [4-5]的成果，地震波采用KOBE地震波按照加速度時(shí)程的方式輸入。

2 數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析

2.1 前板墻水平位移

由數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析可得，土體強(qiáng)度增大，沿前板墻水平位移變化規(guī)律相似且都明顯減小，同時(shí)前板墻整體的平均前傾幅度度也略有減小。

2.2 前板墻陸側(cè)土壓力

由數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析可得，土體強(qiáng)度增大，前板墻陸側(cè)土壓力有所增大，但從數(shù)值上看土壓力增幅較小。

2.3 前板墻彎矩

由數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析可得，土體強(qiáng)度增大，前板墻各部分彎矩都有不同程度減小，在最大正彎矩與最大負(fù)彎矩附近減小尤為明顯。

3 結(jié)論

地震作用對(duì)比計(jì)算結(jié)果表明：增加上層土體的強(qiáng)度，可明顯減小地震引起的碼頭板樁墻水平位移以及最大正負(fù)彎矩值，但對(duì)地震引起的碼頭板樁墻陸側(cè)土壓力影響較小。研究結(jié)果可為分離卸荷式板樁碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工提供理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚慧明，梅濤濤，焦志斌.地震特性對(duì)新型分離卸荷式板樁碼頭動(dòng)力響應(yīng)的影響 [J].土木工程學(xué)報(bào) ，2014，47（02）：247-253.

[2]費(fèi)康，張建偉.ABAQUS在巖土工程中的應(yīng)用[M].北京：中國水利水電出版社 ，2013：53-57.

[3]蔣建平，劉春林，蔣宏鳴等.基于ABAQUS的板樁碼頭地震動(dòng)力響應(yīng)研究 [J].水運(yùn)工程 ，2013（06）：40-45.

[4]陳國興，王志華，左熹等.振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)疊層剪切型土箱的研制 [J]. 巖土工程學(xué)報(bào)，2010，32（01）：89-97.

[5]陳國興.巖土地震工程學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

作者簡(jiǎn)介：孟祥輝（1991-），男，碩士研究生，研究方向：碼頭抗震研究。