卸荷平臺(tái)對(duì)分離卸荷式板樁碼頭中板樁力學(xué)性能的影響

陳晨

摘 要：針對(duì)板樁碼頭的不足而提出的新型碼頭結(jié)構(gòu)型式——分離卸荷式板樁碼頭是我國(guó)首次提出的深水板樁碼頭。利用ABAQUS有限元軟件分析分離卸荷式板樁碼頭結(jié)構(gòu)的卸荷平臺(tái)對(duì)分離卸荷式板樁碼頭中板樁力學(xué)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明：卸荷平臺(tái)的存在能有效減小前墻上部受力，而對(duì)前墻下部受力較小。前墻所受土壓力隨平臺(tái)寬度增加并無(wú)明顯的變化規(guī)律，但隨卸荷平臺(tái)寬度增加而有所減小。前墻研究成果可供分離卸荷式板樁碼頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考。

關(guān)鍵詞：分離卸荷式板樁碼頭 卸荷平臺(tái) 板樁 力學(xué)性能 ABAQUS

中圖分類號(hào)：U65 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）04（b）-0087-02

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及船舶噸級(jí)的不斷增加，碼頭建設(shè)逐漸向大型化、深水化方向發(fā)展。為了改善板樁碼頭的受力性能，中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院在半遮簾式板樁碼頭[2]和全遮簾式板樁碼頭[3]成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上提出了分離卸荷式板樁碼頭，并成功用于京唐港18#、19#深水泊位。該文以京唐港區(qū)某泊位為例，利用ABAQUS有限元軟件分析卸荷平臺(tái)對(duì)分離式卸式板樁碼頭結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響規(guī)律，為分離卸荷式板樁碼頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

京唐港區(qū)18#、19#大型深水泊位的承臺(tái)基礎(chǔ)橫向由兩根灌注樁組成，中心距為5.25m，灌注樁的縱向中心距為4.4m；海側(cè)樁為截面尺寸為1200mm（寬）×1600mm（高）的矩形灌注樁，離碼頭前墻凈距1.75m，樁底標(biāo)高-40.0m；陸側(cè)樁為截面尺寸為1200mm×1200mm的矩形灌注樁，樁底標(biāo)為-40.0m?；炷列逗善脚_(tái)厚1.0m，承臺(tái)頂標(biāo)高為-3.7m，底標(biāo)高為-2.7m；錨碇墻厚為1.1m，墻底標(biāo)高為-19.0m，墻頂標(biāo)高為-4.7m，其上澆筑導(dǎo)梁，導(dǎo)梁頂標(biāo)高為-1m。胸墻和錨碇墻之間采用的鋼拉桿連接[8]。圖1為分離卸荷式板樁碼頭斷面圖。

2 計(jì)算模型和計(jì)算工況的確定

2.1 計(jì)算模型的確定

采ABAQUS有限元軟件[4]對(duì)分離卸荷式板樁碼頭進(jìn)行數(shù)值分析。該模型中土體、樁、前墻、錨碇墻、拉桿、卸荷平臺(tái)均采用二維四節(jié)點(diǎn)線性減縮積分平面應(yīng)變單元（CPE4R）。單元類型采用適于長(zhǎng)度方向比截面尺寸大很多的問(wèn)題的平面應(yīng)變單元。數(shù)值模擬中樁和前墻以及錨碇墻采用理想彈性模型，土坡采用Mohr—Coulomnb模型[5]。

2.2 計(jì)算工況的確定

工況一：灌注樁間距變化，具體取值見(jiàn)表2，卸荷平臺(tái)寬度為10m，卸荷平臺(tái)高程為-4m，其他參數(shù)不變。

工況二：卸荷平臺(tái)寬度變化，具體取值見(jiàn)表3，灌注樁間距為5.25m，卸荷平臺(tái)高程為-4m，其他參數(shù)不變。

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 灌注樁間距對(duì)板樁和錨碇墻的水平位移的影響

通過(guò)過(guò)數(shù)值分析，獲得不同灌注樁情況下分離卸荷式板樁碼頭結(jié)構(gòu)的各類位移圖。

由圖3-2 a）可以看出碼頭前墻上端水平位移隨前墻高程增高而減小，且基本隨著樁間距的增大而增大，前墻下部水平位移隨著高程增大而逐漸增大，底端高程最小。隨樁間距增大而無(wú)明顯變化。由圖b）可以看出錨碇墻水平位移隨樁間距變化與前墻水平位移變化圖相似，錨碇墻上部應(yīng)受到拉桿作用而產(chǎn)生向左的水平位移，隨著樁間距的增大，灌注樁對(duì)于前墻后側(cè)所受土壓力的卸荷作用也越來(lái)越明顯。

由以上兩圖可以看出，樁間距為5.25m時(shí)前墻和錨碇墻大小最小，也最為合理。根據(jù)工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性原則，樁間距應(yīng)選擇在5.25m。

3.2 卸荷式平臺(tái)寬度對(duì)板樁位移和應(yīng)力的影響

通過(guò)過(guò)數(shù)值分析，獲得不同卸荷平臺(tái)寬度情況下分離卸荷式板樁碼頭結(jié)構(gòu)的各類位移圖。

由a）圖可以看出：前墻水平位移基本隨平臺(tái)寬度增大而減小。這是因?yàn)闃镀脚_(tái)寬度增加后，前墻土壓力減小的范圍增大，從一定程度上抑制了前墻的側(cè)向位移。圖b）看出錨碇墻拉桿與墻身連接處及以上部位水平位移隨平臺(tái)寬度增加而逐漸減小，錨碇墻的水平位移也隨之減小。

由以上兩圖可以看出，平臺(tái)寬度為10m時(shí)前墻和錨碇墻的水平位移較小且也較為合理。根據(jù)工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性和合理性原則原則，平臺(tái)寬度應(yīng)選擇10m。

4 結(jié)語(yǔ)

分離卸荷式板樁碼頭結(jié)構(gòu)是板樁碼頭中的新型結(jié)構(gòu)，本文結(jié)合京唐港18#、19#泊位的地質(zhì)條件，將分離卸荷式板樁碼頭做適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化和假設(shè)，利用ABAQUS軟件進(jìn)行了二維建模分析，并從灌注樁樁間距和卸荷平臺(tái)寬度兩個(gè)角度分別采用多種工況對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)比分析前墻和錨碇墻位移隨樁間距、平臺(tái)寬度的變化規(guī)律，并給出碼頭結(jié)構(gòu)的最優(yōu)尺寸，為工程建設(shè)提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄒京成.填方重力式擋土墻的受力及變形特點(diǎn)分析[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2013.

[2] 劉永繡，吳荔丹，李元音.一種新型碼頭結(jié)構(gòu)形式——半遮簾式深水板樁碼頭結(jié)構(gòu)的推出[J].港工技術(shù)，2005，12.

[3] 黃偉.全遮簾式板樁碼頭結(jié)構(gòu)受力變形分析[D].廣州：華南理工大學(xué)，2011.

[4] 費(fèi)康，張建偉.ABAQUS在巖土工程中的應(yīng)用[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2010.

[5] 吳強(qiáng)，吳章利.摩爾庫(kù)倫本構(gòu)模型參數(shù)敏感性分析及修正[J].陜西水利，2012.