水平荷载下高桩码头风险预知防控研究
发布时间：2020-12-28 10:41
随着水运行业的蓬勃发展和船舶的大型化趋向,高桩码头岸线条件渐趋复杂,承受的船舶靠泊荷载逐渐增加,受高桩码头自身结构和使用条件的限制,码头结构构件随时间推移难免损伤且修复困难,安全问题更加不容轻视。本文结合高桩码头工程实例,依托于有限元分析平台建立全直桩码头风险水平仿真模型。选用结构变形与抗弯强度作为风险判定指标,研究水平荷载作用下高桩码头的随机响应规律,建立对应码头性能演变的失效风险曲线。根据失效风险曲线可预知码头结构在不同损伤程度时所处的风险水平,以期及时采取相应的防控措施,为量化码头结构安全性能随时间变化规律提供一个重要参照。(1)基于概率极限理论对水平荷载进行统计分析。研究影响船舶有效撞击能的随机变量概率分布模型及撞击能与护舷反力的关系式,编程求解船舶撞击力随机样本。(2)基于工程设计中结构破坏准则,选用变形指标和抗弯强度指标对高桩码头进行风险判定,依据数值模拟结果分析指标的有效性。研究发现在水平荷载作用效应下,变形指标为判定码头结构风险水平的主要控制性指标。(3)研究随机水平荷载作用下高桩码头结构的变形响应。基于PDS概率设计仿真模拟获取高桩码头结构在随机水平荷载作用下的位移解...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
第三章高桩码头风险水平仿真模型17第三章高桩码头风险水平仿真模型3.1工程背景及材料特性3.1.1工程背景有限元模型参照某深水全直桩高桩梁板式码头工程建立，并做一定的简化处理。高桩码头平台宽为39.5m，排架间距为13m。每榀排架设4根大直径Q345钢管桩，钢管桩中心距均为11.5m，管桩壁厚20mm，直径1.5m，桩长约75m，其中泥面以上桩长30m，桩基入土深度约45m。码头上部结构为钢筋混凝土梁板式，现浇倒T型横梁长度为39.5m，上横梁宽度为0.7m，高度为0.4m；下横梁宽度为1.0m，高度为1.8m。普通纵梁为花篮型断面，高度为1.8m，梁顶宽度为0.75m；边纵梁为矩形断面，宽度为0.5m，高度为1.8m；轨道梁为花篮型断面，高度为2.2m，梁顶宽度为1.2m。桩帽尺寸为2.2m×2.2m×2.2m。码头结构断面图如图3-1所示。图3-1码头结构断面图3.1.2材料特性桩基础与混凝土材料计算参数见表3-1，工程地质土层参数见表3-2。表3-1钢管桩及混凝土主要材料参数材料名称弹性模量(MP)泊松比密度(g/m3)最小屈服应力(MP)最小断裂应力(MP)钢管桩2101050307850420510混凝土3451040202500--
东南大学硕士学位论文20本文将桩基础-土体间相互作用以及土体自身的侧向变形简化为弹簧装置，采用COMBINE39单元模拟。COMBIN39是一种具有非线性功能的单向弹簧单元，考虑轴向或扭转特性，用户可对此单元自行定义荷载-变形曲线，本研究中设定，泥面以下部分桩基础每间隔一定距离布置COMBINE39单元，定义单元只在X方向单轴拉伸-压缩，荷载-变形曲线通过P-Y曲线定义。单元每个节点有三个自由度：沿节点坐标系x，y，z方向的平动，不考虑弯曲作用，无面荷载和体荷载，考虑大位移特性。单元示意图见图3-5所示。图3-5COMBINE39单元示意图本文中桩顶与桩帽的连接采用MPC184单元模拟，该单元为多点约束单元，适用于使用拉格朗日乘子且具有运动约束的情况，通常设置在两结构的连接处，用于不同单元之间的连接与约束，可模拟传递力和力矩。该单元最多具有3个节点，每个节点最多具有6个自由度。3.2.3桩土P-Y曲线本文将桩基础-土体间相互作用以及土体自身的侧向变形简化为一弹簧装置，采用COMBINE39单元模拟，单元荷载-变形曲线通过P-Y曲线定义。P-Y曲线是描述桩基础在水平荷载作用下，地面以下某一深度z处的土体水平反力p与该点的桩身挠度y之间关系的曲线[61]。本文基于有限差分原理，选用MATLAB编程求解P-Y曲线。砂性土和黏性土的P-Y曲线均根据美国API规范确定。（1）砂性土P-Y曲线对于砂性土，P-Y曲线可按下式确定：tanh()uuKZpApyAp(3-1)式中：A为计算系数，对于静载A＝(3.0－0.8x/D)≥0.90；pu为泥面以下深度Z处单位桩长的极限水平土抗力标准值（kN/m）；Z为泥面以下桩的任意深度（m）；y为泥面以下Z深度处桩的侧向水平变形（mm）；K为地基反力初始模量（N/m3），随土体的内摩擦角φ而变化，可查美国API规范图得到。
【参考文献】：
期刊论文
[1]复杂高层钢结构抗连续倒塌能力分析关键技术研究[J]. 蒋瓅,倪建公,瞿革,李庆武. 建筑结构学报. 2019(06)
[2]水平偏心受荷桩基础在砂土中的群桩效应（英文）[J]. Ling-gang KONG,Ji-ying FAN,Jing-wen LIU,Yun-min CHEN. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2019(04)
[3]连续退化和随机冲击下基于状态的结构维修策略优化（英文）[J]. Xiao-sheng ZHANG,Jian-qiao CHEN,Jun-hong WEI. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2019(04)
[4]基于粗糙集条件信息熵的山岭隧道坍塌风险评价[J]. 陈舞,张国华,王浩,陈礼彪. 岩土力学. 2019(09)
[5]面向混合不确定性的可靠性设计优化方法研究[J]. 刘鑫,尹骞,吴义忠,赵建军. 华中科技大学学报(自然科学版). 2019(03)
[6]高墩大跨铁路桥梁构件三维地震易损性分析[J]. 董俊,曾永平,单德山. 哈尔滨工业大学学报. 2019(03)
[7]价值冲突视角下敏感性工程社会稳定风险的成因及其治理困境[J]. 胡象明,刘鹏. 武汉大学学报(哲学社会科学版). 2019(02)
[8]锆对20碳钢在锌合金液中腐蚀行为的影响[J]. 刘亚,刘靓,吴长军,王建华,苏旭平. 材料热处理学报. 2019(02)
[9]基于Bootstrap方法的堆石坝坝坡稳定可靠度分析[J]. 郭怿品,李典庆,唐小松,曹子君. 武汉大学学报(工学版). 2019(02)
[10]再生混凝土-钢筋黏结锚固可靠度设计[J]. 杨海峰,陈卫,张天宝,蒋家盛. 中南大学学报(自然科学版). 2019(01)
博士论文
[1]倾斜荷载作用下斜桩基础工作性状研究[D]. 吕凡任.浙江大学 2004
硕士论文
[1]桩基础水平受力承载性状研究[D]. 贾鹏.中国地震局兰州地震研究所 2018
[2]水平荷载下高桩码头结构易损性曲线研究[D]. 高苏洋.东南大学 2016
本文编号：2943614
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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第三章高桩码头风险水平仿真模型17第三章高桩码头风险水平仿真模型3.1工程背景及材料特性3.1.1工程背景有限元模型参照某深水全直桩高桩梁板式码头工程建立，并做一定的简化处理。高桩码头平台宽为39.5m，排架间距为13m。每榀排架设4根大直径Q345钢管桩，钢管桩中心距均为11.5m，管桩壁厚20mm，直径1.5m，桩长约75m，其中泥面以上桩长30m，桩基入土深度约45m。码头上部结构为钢筋混凝土梁板式，现浇倒T型横梁长度为39.5m，上横梁宽度为0.7m，高度为0.4m；下横梁宽度为1.0m，高度为1.8m。普通纵梁为花篮型断面，高度为1.8m，梁顶宽度为0.75m；边纵梁为矩形断面，宽度为0.5m，高度为1.8m；轨道梁为花篮型断面，高度为2.2m，梁顶宽度为1.2m。桩帽尺寸为2.2m×2.2m×2.2m。码头结构断面图如图3-1所示。图3-1码头结构断面图3.1.2材料特性桩基础与混凝土材料计算参数见表3-1，工程地质土层参数见表3-2。表3-1钢管桩及混凝土主要材料参数材料名称弹性模量(MP)泊松比密度(g/m3)最小屈服应力(MP)最小断裂应力(MP)钢管桩2101050307850420510混凝土3451040202500--
东南大学硕士学位论文20本文将桩基础-土体间相互作用以及土体自身的侧向变形简化为弹簧装置，采用COMBINE39单元模拟。COMBIN39是一种具有非线性功能的单向弹簧单元，考虑轴向或扭转特性，用户可对此单元自行定义荷载-变形曲线，本研究中设定，泥面以下部分桩基础每间隔一定距离布置COMBINE39单元，定义单元只在X方向单轴拉伸-压缩，荷载-变形曲线通过P-Y曲线定义。单元每个节点有三个自由度：沿节点坐标系x，y，z方向的平动，不考虑弯曲作用，无面荷载和体荷载，考虑大位移特性。单元示意图见图3-5所示。图3-5COMBINE39单元示意图本文中桩顶与桩帽的连接采用MPC184单元模拟，该单元为多点约束单元，适用于使用拉格朗日乘子且具有运动约束的情况，通常设置在两结构的连接处，用于不同单元之间的连接与约束，可模拟传递力和力矩。该单元最多具有3个节点，每个节点最多具有6个自由度。3.2.3桩土P-Y曲线本文将桩基础-土体间相互作用以及土体自身的侧向变形简化为一弹簧装置，采用COMBINE39单元模拟，单元荷载-变形曲线通过P-Y曲线定义。P-Y曲线是描述桩基础在水平荷载作用下，地面以下某一深度z处的土体水平反力p与该点的桩身挠度y之间关系的曲线[61]。本文基于有限差分原理，选用MATLAB编程求解P-Y曲线。砂性土和黏性土的P-Y曲线均根据美国API规范确定。（1）砂性土P-Y曲线对于砂性土，P-Y曲线可按下式确定：tanh()uuKZpApyAp(3-1)式中：A为计算系数，对于静载A＝(3.0－0.8x/D)≥0.90；pu为泥面以下深度Z处单位桩长的极限水平土抗力标准值（kN/m）；Z为泥面以下桩的任意深度（m）；y为泥面以下Z深度处桩的侧向水平变形（mm）；K为地基反力初始模量（N/m3），随土体的内摩擦角φ而变化，可查美国API规范图得到。
【参考文献】：
期刊论文
[1]复杂高层钢结构抗连续倒塌能力分析关键技术研究[J]. 蒋瓅,倪建公,瞿革,李庆武. 建筑结构学报. 2019(06)
[2]水平偏心受荷桩基础在砂土中的群桩效应（英文）[J]. Ling-gang KONG,Ji-ying FAN,Jing-wen LIU,Yun-min CHEN. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2019(04)
[3]连续退化和随机冲击下基于状态的结构维修策略优化（英文）[J]. Xiao-sheng ZHANG,Jian-qiao CHEN,Jun-hong WEI. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2019(04)
[4]基于粗糙集条件信息熵的山岭隧道坍塌风险评价[J]. 陈舞,张国华,王浩,陈礼彪. 岩土力学. 2019(09)
[5]面向混合不确定性的可靠性设计优化方法研究[J]. 刘鑫,尹骞,吴义忠,赵建军. 华中科技大学学报(自然科学版). 2019(03)
[6]高墩大跨铁路桥梁构件三维地震易损性分析[J]. 董俊,曾永平,单德山. 哈尔滨工业大学学报. 2019(03)
[7]价值冲突视角下敏感性工程社会稳定风险的成因及其治理困境[J]. 胡象明,刘鹏. 武汉大学学报(哲学社会科学版). 2019(02)
[8]锆对20碳钢在锌合金液中腐蚀行为的影响[J]. 刘亚,刘靓,吴长军,王建华,苏旭平. 材料热处理学报. 2019(02)
[9]基于Bootstrap方法的堆石坝坝坡稳定可靠度分析[J]. 郭怿品,李典庆,唐小松,曹子君. 武汉大学学报(工学版). 2019(02)
[10]再生混凝土-钢筋黏结锚固可靠度设计[J]. 杨海峰,陈卫,张天宝,蒋家盛. 中南大学学报(自然科学版). 2019(01)
博士论文
[1]倾斜荷载作用下斜桩基础工作性状研究[D]. 吕凡任.浙江大学 2004
硕士论文
[1]桩基础水平受力承载性状研究[D]. 贾鹏.中国地震局兰州地震研究所 2018
[2]水平荷载下高桩码头结构易损性曲线研究[D]. 高苏洋.东南大学 2016
本文编号：2943614
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