波纹管桩的研制及其在码头工程中的应用

发布时间：2020-10-11 22:58

　　 码头工程经常在波浪作用下发生涡激振动,长期振动作用导致结构出现永久变形。往往在海洋建造中大量使用圆柱管桩作为深水基础,圆形截面结构物在施工期内或者长时间使用在波浪作用下发生涡激振动破坏。如果桩基受到涡激振动影响,就对码头工程的建设、使用和寿命具有巨大危害。为了抑制桩基的涡激振动,因此本文研究一种新型波纹管桩代替传统的圆柱管桩以解决工程涡激振动问题。本文研究的主要内容和成果:(1)基于解决实际工程的问题为出发点,对工程进行现场测量,利用ABAQUS有限元软件建立数值模型,将数值分析结果与实地测量相比较。(2)结合国内外数据资料和圆柱管桩数值模拟数值及工程经验,着重分析新型波纹管桩的几何参数和水动力系数的选用。(3)基于设计出来的波纹管桩,为以后能够投入市场,对波纹管桩整个生产模型和生产工艺流程进行详细阐述。(4)基于设计出来的波纹管桩,对波纹管桩在码头中应用进行二维数值分析,研究发现:在水平和竖向方向上波纹管桩比圆柱管桩的最大位移分别降低36.89%和35.54%。(5)基于设计出来的波纹管桩,对波纹管桩在码头中应用进行三维数值分析,研究发现:在水平和竖向方向上波纹管桩比圆柱管桩的最大位移分别降低37.02%和35.86%。
【学位单位】：浙江海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U656.1
【部分图文】：

桩为研究对象。由于独墩码头常年在波浪作用下发生振动，长期振动作用导致结构出现永久变形。一方面通过现场踏勘与测试，获得了该独墩码头的振动加速度；另一方面依据实际结构尺寸建立有限元模型，考虑了软土地层的不同沉降量，运用有限元软件对独墩码头的四个工况进行了数值分析，并与现场实测结果进行了对比，表明有限元模型可以较好地模拟桩墩的实际振动情况。由于独墩码头工程软土地层沉降造成桩的暴露段增加，从而导致在波浪作用下整体结构振动增大。2.1 工程背景与工程问题2.1.1 工程背景根据某码头工程实例为研究背景，该独墩码头由桥台墩、桩和土构成，码头下方共有 9 根圆柱桩支撑，分布方式是 3x3 布置，竖向和水平的每两根桩间距5m，如图 2-1 所示；该码头的桥台墩采用混凝土材料，具体设计参数如表 2-3 所示；该码头桩墩由 9 根钢管桩支撑，圆柱管桩的截面直径 D=1m，厚度为 0.016m，具体设计参数如表 2-4 所示。

匀一入射波动，其波动方程为 (,)z xy H 概况中的海洋环境情况可知波长 =61.2m，振为 1.5 m/s，则水波周期 T /gH=6.18s。在结构进行理想弹塑性分析，对桩体结构进行理b 屈服准则条件，但是在底层微强化花岗岩底层；左右两侧由于与水流流向平行且因至于广阔条件，其法向速度为 0，设置为两端固定；本码结构划分为 CPS4R 实体单元，将桩结构划分为 CPe4R 实体单元。头结构的动力响应分析中，波浪力对结构的影浪作用的码头墩柱结构根据直径与波长的比值，其波浪理论和计算公式是不一样的，小尺度墩柱采用绕射理论(也称为势流理论）[47]。本文 D 与波长 L 的比值 D/L<0.2，属于小尺度结的波浪力[48]。根据挪威船级社(DNV)规范，位于

图 2-3 典型工况示意图与有限元网格划分Fig 2.3 Schematic diagram of typical working conditions and finite element meshes.通过 ABAQUS 有限元软件建立独墩码头工程的二维模型，采用扩展 DruckerPrager 弹塑性本构关系，并根据实际的环境参量对结构材料进行赋予属性，设置土体的流应力比为 1。定义相互作用以及荷载条件，并划分网格，同时对模型进行地应力平衡处理以及施加波浪力。如图 2-4 所示，依次创建桥台墩、圆柱管桩、土体部件结构，由于圆柱管桩、混凝土墩台和土弹性模量相差悬殊，所以桥台墩和土体均采用 Drucker Prager 弹塑性模型，圆柱管桩采用线弹性模型。定义两个约束接触：桩-桥台墩采用绑定约束和桩-土采用内置区域接触。创建两个边界条件：将土体模型底边界 X、Y 方向的位移均赋值为 0 和土体模型左右边界 X 方向的位移亦赋值为 0。利用全局布种方式分别对各部件进行网格划分[54]。
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本文编号：2837247