直桩连接方式对码头结构抗震性能的影响

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1、http://www.paper.edu.cn直桩连接方式对码头结构抗震性能的影响龙炳煌，王虹武汉理工大学(430070)E-mail：binghuang_long@yahoo.com.cn摘要：高桩码头结构在水平地震作用下极易遭受破坏，主要表现在直桩顶部抗力不足而产生的破坏。本文采取主动削弱直桩顶部弯矩的方式，通过结构分析软件ANSYS分析直桩顶部不同连接形式——刚接和铰接，对码头整体结构的抗震性能的影响。关键词：码头刚接铰接抗震性能1.前言高桩码头结构在地震作用下极易遭受破坏。主要表现在直桩与码头甲板连接处的桩段出现破坏。由于直桩顶部抗力不足，在地

2、震作用下产生的弯矩过大，从而导致码头结构的整体破坏。码头结构就像我们平常生活一样，也遵从“能者多劳”的原则。即：在地震作用下，随着直桩顶部配筋量的增多，直桩顶部抗力也提高。但试验表明，通过配筋增强的直桩节点，在抗力提高的同时，吸收的地震能量也相应的增加，延性也会出现下降，这对码头结构的抗震是不利的。本文设想通过改变直桩节点的连接方式，使桩顶部在地震作用下只产生较小的弯矩，甚至不产生弯矩，这样就不会出现地震时直桩顶部桩段抗力不足的问题，通过保护直桩来保护整个码头结构，使码头结构在地震作用下不至于造成过大的破坏。为了探讨直桩节点连接方式对码头结构抗震性能的

3、影响，本文用ANSYS对天津于家堡码头分别按直桩全部刚接，逐步变化到直桩全部铰接的5种情况进行计算。并将计算结果与震害现象进行对比分析，最后得出结论。2.算例1976年唐山大地震摧毁了天津附近的许多港口工程。本文以天津于家堡外贸码头为例进行计算分析。据震害调查，于家堡码头上游段直桩向河心方向倾斜，30根直桩损坏29根，叉桩全部毁坏，其向岸斜桩有的被剪断倒在水中，有的从桩帽中拔出，向河斜桩连同桩帽向前移动约70cm，使桩的斜度变陡达1:6，桩头混凝土被压碎，钢筋裸露。码头下游段整段倒入水中。2.1工程概况于家堡码头位于天津市附近，码头为混凝土无梁大板高桩

4、结构。码头全长102.02米，宽-1-http://www.paper.edu.cn25米，直桩间距6米，横向叉桩间距12米。码头平面及桩位布置见图1，码头所在地点的地质情况见表1。图1于家堡外贸码头平面及桩位图(单位:米)表1于家堡外贸码头地质资料地基土含水容重快剪固快空隙塑性指稠层量(克/厘米比数度ϕ(°)C(kPa)ϕ(°)C(kPa)3(米)(％))A类41.01.781.1513.11.8320°1825°8B类46.21.771.2620.91.157°2212°19C类26.91.980.7411.41.0020°1526°13说明:A类

5、：+0.07~-6.50淤泥质亚粘土夹粉砂；B类：-6.50~-12.60粘土；C类：-12.60~-20.10亚粘土；-20.10米以下为密实砂。2.2地震波选取计算分析采用的地震波是2001976年11月25日21:53分唐150山地震时天津南北向地震波记100录，如图2如示。对应的周期50为0.9秒，时间间隔为0.01秒，005101520持续时间为19.19秒。地震加速-50加速度(cm/s/s)度峰值发生在7.64秒，其值为-1002-150145.80cm/sec，相当于0.15g时间(s)2（1g=9.8m/s），本文主要分析图2天津市1

6、976年11月25日地震波基本烈度为7度时的地震作用，故在分析时在此加速度的基础上乘以1/1.5的放大系数，相当于0.1g。3.有限元分析-2-http://www.paper.edu.cn3.1码头结构模型根据《高桩码头设计与施工规范》，对码头采用平面算法，并根据“代框架法”对计算模型做了进一步简化。取图1中阴影部分作为计算单元进行计算，如图3所示。在这榀框架中，1#，2#，3#桩按两根桩进行计算，4#，5#，6#按一根桩进行计算，甲板计算宽度取12米。为了探讨直桩节点连接方式对码头结构抗震性能的影响，直桩节点连接方式分别按直桩刚接（0）（采用符号0

7、表示，以下同）；3#直桩铰接（1）；2#、3#直桩铰接（2）；1#、2#、3#直桩铰接（3）进行计算；1#、2#、3#、6#直桩铰接（4）。于家堡码头主体结构为混凝土结构。考虑到混凝土材料的弹塑性特性，混凝土板及其下部支承桩采用平面梁单元BEAM23，其本构关系采用多线性随动强化模型，材料常数按混凝土结构设计规范确定。图3于家堡外贸码头横断面图图4有限元模型中土弹簧位置图3.2桩侧土体作用的模拟由于考虑桩土相互作用，土体是码头结构的重要组成部分。根据文克勒假定，将桩视为“弹性地基梁”，桩侧土对桩身的水平和竖向作用力通过土弹簧来模拟。在土体以下桩侧均匀地

8、布置水平弹簧和竖向弹簧，如图4所示，采用单元Combin39来描述桩侧土体的作用。其中，桩侧土