水平冲击作用下钢筋混凝土叉桩动力响应的有限元研究

发布时间：2020-04-06 06:05

【摘要】：钢筋混凝土叉桩是高桩码头结构的主要受力构件。码头结构在服役期间,除了承受恒载、活载等正常工作环境的荷载作用外,还可能遭受船舶挤靠力、系缆力、系泊船舶撞击力等冲击荷载作用。其中,能量巨大的冲击作用可在极短的时间内造成受力构件的严重损坏,甚至导致码头结构的整体倒塌,造成严重后果。因此,研究冲击荷载作用下钢筋混凝土叉桩结构的动力响应具有十分重要的研究意义与工程价值。本文主要工作如下:(1)以钢筋混凝土叉桩结构为分析对象,应用ABAQUS有限元软件建立可靠的水平冲击数值模型,对后续研究钢筋混凝土叉桩结构的动力响应特点有参考意义。(2)采用建立的数值模型对水平冲击作用下钢筋混凝土叉桩结构的工作机理进行了计算,并与作者参与工作的以结构倾角和冲击速度为参数的9个试件的水平冲击试验结果进行对比,从破坏形态和动力响应时程曲线等方面验证了数值模型的正确性。然后从能量状态、冲击力时程、位移时程、冲击能耗情况、应力发展和内力分析等方面,对水平冲击作用下钢筋混凝土叉桩的动力响应特点进行了系统的分析。(3)对影响水平冲击作用下钢筋混凝土叉桩结构动力性能的主要参数进行了拓展参数分析。考虑的参数包括冲击质量、桩体截面配筋率、钢筋强度、混凝土等级和结构倾角等。针对结构倾角为72°、81°、90°的三组常用高桩码头叉桩结构,回归计算获得可预测叉桩结构在冲击位置处最大位移的实用计算公式,为基于性能的抗冲击设计和实际工程设计提供参考。初步探究受侧向约束的钢筋混凝土叉桩结构在水平冲击作用下的动力位移响应。
【图文】：

云图,破坏过程,试件,塑性应变

t=4ms t=10ms t=20mst=40ms t=60ms t=80ms图3-6 试件DG1-3破坏过程冲击方向从左向右，在 t=4ms 时，桩体的受压侧和受拉侧都出现塑性应变累积的集中区域。t=10ms 时，试件受压侧的塑性应变累积比受拉侧多，因此在往后的冲击时间里，等效塑性应变云图显示的 PEEQ 值较大的区域都为桩体的受压侧，而此时在冲击荷载的作用下，该结构的薄弱位置为桩体上端的受压侧。随着冲击时间的增加，PEEQ 值持续增加，在后桩下端的受压侧也出现明显塑性应变积累区域。在 t=40ms 时，试件冲击位

单位,桩体,试件,混凝土应力

体与试件接触，试件桩体上端最先出现明显的应力集中区域，各桩体上端表现为左侧受压，右侧受拉。在 t=2ms 时，试件两桩体沿中和轴出现 4 个明显应力分布区域，与试验破坏形态中桩体沿中和轴形成的 4 个拉压侧相对应，且前桩（靠近水平荷载方向一侧）的拉压区形成并达到稳定的时间先于后桩，表明冲击过程中由于惯性效应的作用，结构的应力发展从桩体上端传至下端，且前桩会稍微先于后桩。在 t=4ms 时，桩体上端的受压侧区域进一步向下发展。在 t=10ms 时，桩体上端（约 10mm）的混凝土应力几乎变为零，表明该处混凝土已屈服，并形成了塑性铰。在 t=20ms 时，试件后桩的应力分布较为均匀，，且后桩下端混凝土应力开始减小，表示该处将形成一个新的塑性铰，后桩的受力状态与拉压杆类似。由图 3-27(b)可知，水平冲击作用下试件 DG3-2（双直桩试件）的混凝土应力发展与试件 DG1-2 类似，主要区别为在 t=40ms 时刻，试件 DG3-2 两桩体上下端的混凝土应力都接近于零，表明在冲击过程中，双直桩试件会在四个角部形成塑性铰。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU473.1

【参考文献】