中美高桩码头抗震设计方法对比分析

发布时间：2020-03-27 23:57

【摘要】：本文从抗震设计基本要求、抗震设防分类和标准、结构分析方法、地震效应计算、荷载组合与结构承载力、岸坡稳定验算、抗震措施等方面对我国和美国港口结构抗震设计规范进行了对比分析,剖析了美国港口结构抗震设计的理念、方法及美国规范编写的背景和理论支撑,最后通过一个算例说明了按我国与美国规范进行高桩码头抗震设计的方法和过程。本文研究的主要结论如下:(1)在场地分类方面,我国主要以剪切波速为指标进行分类,美国除考虑剪切波速外,还考虑不排水抗剪强度和标准贯入锤击数;在结构布置和形式方面,美国提倡使用直桩,限制斜桩的使用,同时区分抗震桩和重力桩,并划分了码头的规则和不规则形式;在抗震设防方面,我国采用单水平的抗震设计方法,美国采用多个水平的抗震设计方法,每个地震水平对应着不同的应变限值;在结构分析方法方面,我国采用的是基于力的抗震设计方法,美国采用的是基于位移的抗震设计方法;在结构承载力计算方面,我国分别计算桩、梁等构件的受弯或弯压承载力,美国首先验算桩的弹塑性变形,然后按能力保护构件计算桩的受剪承载力和梁的受弯承载力;在抗震措施方面,我国规范规定的比较详细,美国特别强调桩的延性,着重于桩顶与面板连接处的构造。(2)美国规范高桩码头的抗震设计内容包括设计地震动及性能目标、材料特性及桩的非线性性能、土弹簧和p-y曲线、结构模型和抗震分析方法(需求分析)、结构能力和能力保护、运动作用、码头抗震设计流程。美国规范采用3个地震水平对高桩码头进行抗震设计,3个地震水平下要求码头具有不同的破坏性能,破坏性能用桩顶和桩土内塑性铰区钢筋、预应力筋或钢管的应变限值控制。对于预应力混凝土桩,除对桩的塑性变形计算有详细的规定外,明确规定桩的预应力筋不能伸入面板作为塑性铰区的钢筋,而要求在桩顶与面板间制作钢筋混凝土连接段。(3)地震的发生具有高度不确定性,所谓设防地震只是一定概率下的地震,实际中超过该强度地震的可能性依然存在,使码头能够完全抵抗各种强度的地震是不现实的,也是不经济的。所以美国规范按照多设防目标、通过控制不同强度地震下高桩码头变形的抗震设计理念是科学的。另外,高桩码头桩的弹塑性变形是通过使桩出现塑性铰和对横梁进行能力保护实现的。对于预应力混凝土桩,桩端出现塑性铰后,抗剪能力降低,所以地震作用下桩可能未达到设计要求的弯曲变形而发生剪切破坏,称为弯剪破坏。弯剪破坏是近年混凝土结构桩、柱等构件研究的热点,美国码头抗震设计规范能够及时将最新研究成果应用到设计标准中是非常值得我国借鉴的。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U656.113

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