板格形导管架桩基码头结构承载特性与稳定性分析方法研究

摘要

随着港口规模的扩大,港口建设从水文地质条件较好的港区岸线向外海深水区和淤泥质海岸发展。传统的码头结构形式对于深水情况及软土地基的适应性不好,板格形导管架桩基码头是适用于深水情况软土地基的新型码头结构形式。然而,新型码头结构在荷载作用下的承载机理、破坏模式尚不明确,在使用期的稳定性分析方法尚无规范和标准可循。为此,本文使用理论分析和有限元数值模拟的方法对新型码头的稳定性分析开展了一系列研究工作,主要内容和结论如下:
　　 1、对新型板格形导管架桩基码头与防波堤的结构形式、构造及特点等进行了介绍,并与传统码头与防波堤结构型式进行了比较分析。
　　 2、建立了板格形导管架桩基码头稳定性分析简化计算方法。其中包括基于重力式结构稳定性验算模式的板格形导管架桩基码头结构抗倾、抗滑稳定性简化计算模型,同时结合板格形导管架桩基码头结构的空间几何特性和受力特点,根据经典地基承载力理论,建立了新型码头结构的竖向承载力简化计算模型。
　　 3、分析了各参数对板格形导管架桩基码头稳定性的影响。抗倾、抗滑稳定性安全系数随入土深度的增加先减小后增大,随桩基直径、桩基入土深度及土体性质参数增加而增大；地基承载力安全系数随上部构件入土深度、桩基直径、桩基入土深度及土体的内摩擦角、粘聚力、浮重度等参数的增加而增大。
　　 4、以大型通用有限元软件ABAQUS为平台,建立了板格形导管架桩基码头结构三维弹塑性有限元分析模型。该有限元模型在板格与土之间、桩与土之间设置接触面单元以模拟它们之间的滑移、张裂和闭合,可进行结构内力、结构稳定性和地基承载力等计算分析。
　　 5、选取天津港的地质资料,分别采用简化计算方法和有限元法分析板格形导管架桩基码头的稳定性。简化方法计算得到的稳定性安全系数表明结构安全。有限元数值计算方法时,根据变位判断结构失稳所得到的稳定性安全系数小于简化方法计算得到的稳定性安全系数,由极限承载力判别标准所得到的稳定性安全系数大于简化计算方法所得到的稳定性安全系数,但三个安全系数差别不大。在设计荷载与极限承载力状态下桩基上的最大轴向与切向应力均小于钢材的抗拉、抗压、抗剪强度设计值,这表明桩基在失稳时没有发生压坏或者是剪切破坏。
　　 6、根据2004年沿海港口水工建筑工程定额计算了一组板格形导管架桩基结构的直接定额费。