不同土體強(qiáng)度對(duì)大直徑管樁碼頭的地震響應(yīng)分析

田小順

摘 要：應(yīng)用數(shù)值分析的方法研究不同土體強(qiáng)度下大直徑管樁碼頭結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)影響。分析表明，在多數(shù)大管樁樁尖進(jìn)入巖層的條件下，其上層土體的強(qiáng)度對(duì)于大管樁碼頭地震響應(yīng)的影響還是很明顯的。當(dāng)上層土體的強(qiáng)度得到增強(qiáng)時(shí)，由地震所引起的樁土位移以及施加在各個(gè)樁身上的最大正負(fù)彎矩明顯減小。其研究結(jié)果可為一般場(chǎng)地條件下大直徑管樁碼頭的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：土體強(qiáng)度；大管樁碼頭；地震響應(yīng)；數(shù)值分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.116

0 引言

大直徑管樁碼頭是一種單由高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁 [1]建造的不設(shè)叉樁的新型高樁碼頭。對(duì)于高樁碼頭，連竟和宋向群 [2]分析了高樁碼頭的自由振動(dòng)特性，并按反應(yīng)譜方法給出了計(jì)算水平地震慣性力和慣性矩的解析表達(dá)式；李悅 [3]等通過對(duì)2003年日本宮城縣沖7.0級(jí)地震中大船渡高樁碼頭和阪神大地震中高樁碼頭破壞的震害調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在地震慣性力作用下碼頭岸坡產(chǎn)生較大的變形，做出了高樁碼頭的震害分析并提出了抗震措施；然而這些研究還是不夠的且不全面的，特別是對(duì)大管樁碼頭的抗震分析不但方法傳統(tǒng)且鮮有更新。為此，本文基于ABAQUS [4]有限元分析軟件，以媽灣5號(hào)泊位 [5]為對(duì)象，研究不同土體強(qiáng)度對(duì)大管樁碼頭的地震響應(yīng)的影響，以期為大管樁碼頭的建造設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1 數(shù)值分析模型

1.1 工程概況

以媽灣5號(hào)泊位為研究對(duì)象，如圖1所示。碼頭頂面標(biāo)高+5.31m，底標(biāo)高-17.0m。碼頭首次采用直徑為1.4m和1.2m的全直樁大管樁的設(shè)計(jì)方案。該工程大部分地段的地基土層較好，雖局部地段有淤泥質(zhì)黏土夾層，但作為大管樁主要持力層的強(qiáng)風(fēng)化巖埋藏深度適中，而該碼頭主要樁長(zhǎng)在31～42m之間，且都能嵌入巖層。

1.2 數(shù)值分析模型及參數(shù)選取

碼頭平臺(tái)、大管樁均采用實(shí)體單元，具體數(shù)值見表1，土體采用Mohr-Coulomb強(qiáng)度模型，采用四節(jié)點(diǎn)縮減實(shí)體單元（CPE4R）模擬。在該模型中，土體簡(jiǎn)化為兩層，上層（0～32m）分別為均質(zhì)的軟土、硬土以及普通土，下層（32～88m）始終為巖層不變。同時(shí)為取得較好的土—結(jié)構(gòu)響應(yīng)效果，設(shè)置模型底部，即88m以下區(qū)域?yàn)闊o限元部分。本文采用瑞利阻尼模擬材料阻尼，可以在設(shè)置材料的模塊里直接定義 [6]，土體的阻尼比及阻尼系數(shù)計(jì)算參考陳國(guó)興 [7-8]的成果，具體數(shù)值見表1。

在碼頭下方50m處輸入典型Kobe地震加速度時(shí)程，通過對(duì)比軟土、普通土、硬土三種工況，分析不同土體強(qiáng)度對(duì)大直徑管樁碼頭結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響。

2 結(jié)論

當(dāng)大部分大直徑管樁碼頭的樁尖插入巖層時(shí)，在同等強(qiáng)度的地震作用下：

（1）增強(qiáng)上層土體強(qiáng)度，可明顯減小樁土及樁身的水平位移；

（2）增強(qiáng)上層土體強(qiáng)度，樁身所受到的最大正負(fù)彎矩相應(yīng)減??；

（3）隨著土體強(qiáng)度增大，樁間土壓力有所增大，但對(duì)樁身的壓、彎影響并不明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]阮起楠.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁.北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2002.

[2]連竟，宋向群.高樁碼頭地震慣性力計(jì)算[J].海洋工程，1992，10（02）：63-71.

[3]李悅.宋波.高樁碼頭震害分析及減震措施[J].水道港口.2006，27（02）：101-104.

[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，2013：53-57.

[5]沈迪州，丁建軍，方育平.媽灣5號(hào)泊位大管樁碼頭設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[期刊論文]-中國(guó)港灣建設(shè)，2004（06）.

[6]蔣建平，劉春林，蔣宏鳴等.基于ABAQUS的板樁碼頭地震動(dòng)力響應(yīng)研究[J].水運(yùn)工程，2013（06）：40-45.

[7]陳國(guó)興，王志華，左熹等.振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)疊層剪切型土箱的研制[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2010，32（01）：89-97.

[8]陳國(guó)興.巖土地震工程學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.