考虑桩土作用的高桩码头动力响应数值模拟研究

摘要

高桩码头作为港口工程的一种结构形式，在适应软土地基方面它较其它的码头结构形式具有许多优点具有优势。我国是一个多震国家，地震对结构的破坏往往难以修复，而高桩码头桩基位于土层内，一旦破坏难以发现。同时，高桩码头工作环境相对恶劣，频繁遭受到风、浪、流、船舶等荷载的作用，故在遭遇地震荷载时往往与波浪作用叠加，上述两种荷载具有鲜明的动力特性，其共同作用十分复杂，与静力荷载的响应存在显著差异。目前的设计方法对动力荷载的响应和校核，采用桩底固定模型，未考虑桩间土体对上部结构的约束，故需在考虑桩土作用的前提下，研究高桩码头在地震和波浪共同作用下的动力响应。
　　本文利用ANSYS软件建立高桩码头有限元模型，对码头结构在地震和波浪荷载同时作用下的动力特性进行分析。针对实际工程中的不同高桩结构及其设计条件，进行位移和剪应力的对比分析。
　　本文研究结论如下:(1)根据码头结构的动力特性，桩身各处最大位移自下至上逐渐增大，同一高程下，码头两侧桩其的桩身位移、剪力、弯矩、轴力大于中间桩的数值;(2)桩身位移、剪力和弯矩的最大值出现在桩顶处，桩身轴力和反向剪力、弯矩的最大值出现在“等效泥面”处，而在各土层交界面附近，桩身的剪力和弯矩可能出现局部最大值。斜桩不是承担弯矩但是承担剪力的主要构件，前排直桩承担大部分弯矩;(3)随着桩基悬臂长度，上部面板厚度，上层土弹性模量，斜桩倾斜角度的变化，码头结构的水平刚度发生相应改变，桩身各处最大位移、剪应力数值和相位均发生改变，且呈现出不同的变化规律;(4)随着桩基入土深度的增加，各因素的改变对桩基位移和剪应力的影响减小，“等效泥面”以下桩基的内力减小迅速，通常不能达到桩基本身的承载能力。

目录

声明

摘要

1．前言

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 桩土作用研究现状

1．2．2 地震与波浪同时作用下桩基响应的研究

1．3 本文的研究内容

2．动力学模型的建立

2．1 波浪理论

2．1．1 波浪运动的定解方程

2．1．2 波浪理论的适用条件

2．2 波浪对桩柱的作用

2．2．1 莫里森方程

2．2．2 微幅波理论下的波浪力

2．2．3 系数选取

2．3 动力问题求解

2．3．1 桩的振动方程

2．3．2 地基扰动下运动方程的建立

2．3．3 地震和波浪共同作用下的动力方程

3．高桩码头结构动力响应分析

3．1 工程实例选取

3．2 有限元建模

3．2．1 有限元单元和材料的选取

3．2．2 人工边界的选择

3．2．3 模型验证

3．2．4 模态分析有限元模型的建立

3．3 结构的模态分析

3．3．1 基本原理

3．3．2 模态分析

3．4 桩身位移与内力的数值计算

3．4．1 有限元建模及荷载输入

3．4．2 有无波浪作用的位移对比

3．4．3 位移分布

3．4．4 剪力分布

3．4．5 弯矩分布

3．4．6 轴力分布

3．4．7 斜桩桩身的内力分布

3．5 本章小结

4．高桩码头动力响应影响因素的研究

4．1 悬臂长度对动力响应影响的分析

4．1．1 位移响应对比分析

4．1．2 位移响应频谱分析

4．1．3 剪应力对比分析

4．2 面板厚度对动力响应影响的分析

4．2．1 位移响应对比分析

4．2．2 位移响应频谱分析

4．2．3 剪应力对比分析

4．3 上层土弹性模量对动力响应影响的分析

4．3．1 位移响应对比分析

4．3．2 位移响应频谱分析

4．3．3 剪应力对比分析

4．4 斜桩倾斜角度对动力响应影响的分析

4．4．1 位移响应对比分析

4．4．2 位移响应频谱分析

4．4．3 剪应力对比分析

4．5 本章小结

5．结论与展望

5．1 结论

5．2 今后工作设想

参考文献

致谢

个人简历