浅论地震作用下海洋环境码头桩-土动力相互作用分析

《浅论地震作用下海洋环境码头桩-土动力相互作用分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、武汉大学博士学位论文地震作用下海洋环境码头桩-土动力相互作用分析姓名：贺斌申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：茜平一20040501摘要桩基因其具有许多独特的功能，而日益广泛应用于高层建筑、重型厂房、桥梁、近海工程等诸多领域，成为工程建设中很重要的一种基础类型。而在近海、近岸工程结构设计中常遇到的问题就是土体与桩(群桩)的相互作用问题，传统的港工桩基设计方法缺乏对桩一土相互作用问题的深入研究，使得有些码头工程竣工后不久就出现断桩、裂桩，承台发生较大位移或整个码头差异沉降显著等现象。针对水域中码头桩基的若干问题，本文对海洋环境

2、下港湾码头结构物的桩．士动力相互作用进行了理论上的分析，阐述了码头结构物非线性桩一土动力响应分析的公式，讨论了海洋环境下港湾码头结构物所受的海洋环境荷载及其荷载效应，并结合工程应用，进行了某海洋港湾码头结构物的桩．土动力相互作用的评估，得到反映海洋环境下桩．土动力相互作用关系的结果，本文所做的工作主要为：i)总结了世界范围内都普遍存在的码头桩基在地震激励下所表现出的各种各样的破坏性状。对于桩的破坏而言，不论液化土或非液化土中的建筑桩基，桩头部位总是出现大弯矩与剪力的危险部位，液化层界面更是出现大弯矩与剪力的危险部位，液化层中部弯曲

3、破坏的危险性较大。液化层问题类似于软弱土层交界处刚度突变所引起的桩身应力问题，但在非液化土中此类问题遇到的机率较小。无侧扩的液化一般较有侧扩的液化对桩的危害较轻，上部结构方面也是如此，而且软土与液化土因震动引起的承载力与侧摩阻力下降可导致桩的过度下沉。在以上总结桩基的破坏性状后接着指出桩基比天然地基具有更好的抗震性能，主要表现在：减轻结构震害、减小震陷、增加抗震稳定性，在工程中采用合理、足够的桩基对工程本身而言，增强了其抗震安全度。在全文数值分析码头结构力学性能之前，总结这些破坏性状对于理解和分析地震激励下码头桩基的受力过程和破坏

4、过程是非常有益的。2)在极端海洋环境条件下，系统地进行了理论上的总结，并且进行了码头桩．土相互作用国际国内规范，现行方法及分析理论的对比。并在此基础上提出码头桩．土相互作用的观点，这一新观点的提出，突破了原有的静极限承载能力的范畴，对于极端海洋环境条件下结构动力理论的发展和完善有着重大的意义。在总结理论的基础上，指出土。结构动力相互作用目前的发展水平与工程实用之间仍存在相当大的差距，理论与实际之间也还有距离，这是由于土．结构动力相互作用问题本身的复杂性，不同的计算方法都引进了一些假设和进行了不同程度的简化，以致不同方法给出的结构和

5、地基反应存在有很大的差别，加之计算工作量大，试验验证也比较困难，所以在实际的抗震设计中考虑桩．土共同作用是有很大的研究意义的。3)然后对地震激励下极端海洋环境码头桩基．士动力相互作用进行了分析研究，模拟了桩一土动力相互作用，桩为埋置于土中的长梁，土的反力由一系列频率相关的非线性弹簧和阻尼器进行模拟，并结合某海洋港湾码头的海域场地的数据，系统地研究了结构．桩．土动力相互作用影响的范围和程度。海岸环境中的土层都或多或少的位于海水中并和海水相饱和，当地震荷载旌加到土层上时，将会产生瞬时的相对于土层骨架的孔隙流体运动，这将导致孔隙流体瞬时

6、的再分布，这种再分布依赖于地震荷载的大小、土的渗透性、压力梯度以及边界条件等。这种孔隙流体运动又影响了土层的动力反应行为，加之土体上面的海水也会影响土的动力反应，所以海岸码头环境中土层的动力反应是很复杂的。所以我们有必要发展一种有效的数值计算方法去分析码头海洋环境饱和土的动力反应，并分析复杂的海洋环境条件对土、桩基动力反应的影响。在理论分析的基础上进行数值分析可以揭示港口码头工程桩坡体系相互作用的规律，研究结果可供码头工程设计参考，为码头桩一土动力相互作用在风浪、地震、冲击荷载、温度、化学侵蚀等多种工作性状作用下的综合整体可靠度分

7、析提供了实用的分析方法。4)在上面理论分析的基础上，进行了地震激励下极端海洋环境码头桩一土相互作用分析，结合大型有限元分析软件ANSYS对极端海洋环境下码头结构进行了动力分析，系统地考虑了场地土的不确定性及海洋环境的不确定性。并结合某港湾码头，应用非线性理论和有限元理论，进行了极端海洋环境下海洋码头结构的动力响应分析。并应用桩．土动力相互作用理论，进行了极端海洋环境码头桩基一土动力相互作用研究，分析结果表明：考虑结构．桩一土相互作用后的地震结构响应将会比固端模型的结构晌IT应要来得小，地基土具有一定的抗振消能的作用是明显的。并且该

8、码头桩。土的动力相互作用在规范的允许范围之内，它在实际工程应用中是安全的、合理的和可行的。5)桩基由于其本身的优点得以在海洋码头结构中大量的运用，但是海洋码头结构在海洋环境下受多方面的影响，土与桩体的相互作用关系很难清楚的表达，由于影响因素的多样性