外海高桩码头墩台混凝土施工技术研究

高桩码头主体由桩基、上部结构组成,其中上部结构墩台混凝土施工是重要的分部工程。本文以某高桩码头墩台混凝土施工为例,分析了外海高桩码头墩台混凝土施工所面临的难点,有针对性地策划了具体的控制措施,并在实施过程中取得了良好的效果,为后续外海高桩码头墩台混凝土施工提供一定的参考。

南京某高桩码头靠泊能力仿真分析与在线监测预警

高桩码头服役环境复杂,码头结构在数十年的运行期内会发生不同程度的损伤,影响码头的安全运营。在码头运行过程中,船舶荷载是高桩码头结构的主要荷载,对码头结构的安全性、耐久性影响较大。本文对南京港某码头靠泊能力进行了有限元仿真分析,提出船舶靠泊过程中的三级安全预警阈值;结合长期在线监测,为码头结构安全服役提供技术支撑。研究结果表明:在船舶撞击1#排架的情况下,船舶撞击力达到238 kN时,码头结构响应达到三级预警指标,码头位移为3.8 mm,桩基顶部应变为69×10-6;船舶撞击力达到323 kN时,码头结构响应达到二级预警指标,码头位移为5.1 mm,桩基顶部应变为100×10-6;船舶撞击力达到471 kN,码头结构响应达到一级预警指标码头位移为7.5 mm,桩基顶部应变为156×10-6。在线监测预警结果表明,码头结构具备5 000吨级船舶靠泊能力,在规范靠泊的前提下,能够满足8 000吨级船舶靠泊的结构安全要求。

高桩码头结构安全监测预警模型及工程应用

高桩码头结构在服役期内会出现不同程度的损伤,导致码头结构安全性降低。为保证码头长期安全运行,可通过实时监测确定码头运行状态并及时预警。提出一种高桩码头结构安全监测预警模型,采用不同结构状态的设计控制值作为不同级别的预警阈值,每级预警阈值对应不同的风险程度,针对不同级别的预警提出相应处置措施。将该预警模型应用于南京港某高桩码头的安全监测,对可变荷载作用下码头结构位移和桩基应变进行实时监测,并计算设置码头结构位移和桩基应变三级安全预警阈值。结果表明,码头安全预警阈值的设置及安全告警的应对措施科学有效,实现了码头结构全工况整体技术状态评估和安全预警。

基于无基准动态位移监测的江苏某高桩码头变位特征与安全预警

高桩码头服役环境复杂,船舶与门机等可变荷载作用下结构变位安全问题突出。然而,高桩码头通常不具备参照基准,且在离岸严苛条件下服役是常态,动态位移监测成为挑战。采用码头无基准动态位移监测技术,对江苏某高桩码头进行实时位移监测。详细分析门机作业和船舶撞击条件下码头位移响应规律,基于码头适用性、安全性提出该码头的两级预警指标。结合数值仿真计算,提出该码头不同吨级船舶靠泊建议。研究表明:门机的作业位置是影响码头位移响应大小的直接因素。码头第一结构段在船舶撞击作用下,因引桥等边界条件的影响,导致A_(2)监测点的位移响应在X、Y方向上均较大。一级预警指标由码头主要荷载作用组合的最大值推算,位移响应值为15.39 mm。二级预警指标由混凝土抗拉极限应力值为评判标准,位移响应值为19.14 mm。相应地,1万吨级船舶靠泊时法向速度不应超过0.19 m/s, 5 000吨级船舶靠泊时法向速度不应超过0.22 m/s。

多元荷载作用下软基深水高桩码头结构承载特性研究

软基深水高桩码头结构受到恶劣外海环境荷载及复杂工作荷载等多元荷载的共同作用。研究表明,船舶撞击荷载是该结构水平向控制荷载,但波浪长期循环荷载作用会引起桩周土体软化,进而导致码头结构在其它荷载作用下承载特性的劣化。鉴于此,首先基于ABAQUS有限元软件建立了深水高桩码头结构-地基土体相互作用的三维弹塑性有限元模型;然后,借助USDFLD子程序实现了同时考虑土体强度弱化和刚度衰减的模拟,进而开展了未考虑土体软化、仅考虑土体强度弱化、仅考虑土体刚度衰减以及同时考虑土体强度弱化和刚度衰减对码头结构承载特性影响的对比分析。研究结果表明,与未考虑土体软化时撞击荷载作用下码头结构安全系数相比,仅考虑土体强度弱化时其值降低14.72%,仅考虑土体刚度衰减时其值降低15.28%,同时考虑土体强度弱化和刚度衰减时其值降低19.44%,且考虑土体软化后桩周土体的塑性应变范围明显增大,极限状态时桩身应力值减小,结构稳定性显著降低。

高桩码头系缆墩和钢联桥一体化结构创新设计

针对由装卸平台、系缆墩、钢联桥组成的一字形布置高桩墩式码头,常规的设计思路考虑三者独立受力,弱化各结构之间的传力效应。从三者协同受力的角度出发,提出一种适应于特定布置形式的系缆墩和钢联桥一体化结构设计方案,结合工程案例介绍该结构的形式和受力分析方法,并从受力和造价方面与传统的高桩墩台方案进行比较。结果表明:在满足使用功能的前提下,一体化方案有利于发挥结构的整体受力优势,减少系缆墩和钢联桥的工程量,降低工程造价。

基于Copula理论的高桩码头岸坡可靠性分析

高桩码头岸坡稳定性对整体码头结构安全至关重要。为进一步探究高桩码头岸坡土体强度参数相关性及空间变异性对高桩码头岸坡可靠性的影响规律,基于Copula理论考虑岸坡土体参数的联合概率分布特性,采用PLAXIS计算平台建立高桩码头-岸坡体系数值计算模型,进一步通过Python API接口,编译完成了可自动数据交互与求解的外挂子程序SAPW,并实现了高桩码头岸坡体系参数化前处理、样本工况计算和可靠性求解的一体化、全链条可靠性分析框架流程,并在此基础之上结合蒙特卡罗模拟方法,开展了相关数值计算与参数化分析,探讨了黏聚力、内摩擦角变异系数以及二者相关系数对高桩码头岸坡可靠性的影响规律。结果表明:在高桩码头设计与分析中,忽略土体参数相关性和空间变异性会高估岸坡失效概率,进而导致相关可靠度分析偏于保守,在高桩码头岸坡可靠度分析中宜采用多种Copula函数进行综合考虑。

基于响应复合能量因子的波浪激励下高桩码头桩基损伤识别

波浪是高桩码头桩基长期、重要外部激励,探索波浪激励下桩基损伤识别对构建码头健康监测体系具有重要意义。由于波浪激励下桩基动力响应呈现多类型信号混叠、窄带、非平稳的特性,使得现有损伤识别方法难以实现准确判定。为解决上述问题,首先构建基于自适应噪声的完备集成经验模态分解与K-means++的信号自动重构方法,以提取损伤特征子信号;然后,通过融合能量、相位等信息,构建新型复合能量损伤识别指标,以提高微小波浪激励下损伤识别的敏感性和鲁棒性。进一步,在高桩码头桩基多种损伤工况下开展波浪激励试验,验证新方法在损伤识别方面的有效性。结果表明,新构建的复合能量因子兼顾能量、相位的优点,能准确识别出损伤存在、损伤位置和损伤程度。

淤积与船舶撞击对高桩码头桩基受力的影响分析

中国部分高桩码头下方存在较大的泥沙淤积,且初始设计时并未考虑淤积的影响,较大淤积时淤积土体及船舶撞击会对码头桩基受力产生耦合影响。建立了船舶撞击-上部结构-桩基-土体相互作用的三维有限元数值模型,模拟分析回淤土体和船舶撞击作用对高桩码头桩基受力的影响。结果表明,土体淤积严重位置处的桩顶局部最大主应力、剪力、弯矩相较回淤前均增幅较大,淤积土体对桩基受力的影响十分显著。当法向船舶撞击速度为0.1和0.2 m/s时,船舶撞击力对桩基的影响小于回淤土体的影响。码头不同排架之间的桩基受力存在一定差异。码头后方桩基顶部最为危险,桩基顶部弯矩接近混凝土开裂弯矩,导致桩基容易出现开裂损伤。

高桩码头桩群对水动力参数影响的数值模拟

桩基码头是常用的码头结构形式,应用广泛。高桩码头桩群基础改变了周围水动力场,引起泥沙冲淤规律的变化,从而对码头结构稳定性产生影响,研究圆柱桩群阻力特性,对水流和底床冲淤变化研究具有重要意义。基于FVCOM的三维水动力模型,将桩柱绕流阻力等效为水流阻力,提出一种桩群阻水效果的概化方法,通过增加桩群阻力项来研究桩群对水动力环境参数的影响,构建了群桩下方和后方水动力规律的三维水动力改进模型。该模型应用于舟山某高桩码头附近流场的模拟计算,结果与实测值吻合良好,证明了模型的有效性;计算结果表明,桩群影响使得码头后方的流速减小,比码头前方减小约67%。所构建的模型可进一步研究高桩码头下方和后方冲淤演变规律,为码头建设和运维提供技术支撑。

地震作用下高桩码头岸坡整体稳定性拟静力分析

高桩码头是一种常见的沿海水工建筑物,在强震作用下码头岸坡可能产生较大的侧向位移乃至整体失稳。采用极限分析上限法,从拟静力角度分析地震作用下高桩码头岸坡的整体稳定性。将码头排桩对岸坡的稳定作用简化为梯形分布力,采用对数螺旋破坏机制推导出临界地震系数理论公式,并通过优化分析确定临界地震系数的最小上限解和对应的临界破坏面。通过具体算例分析,将提出的理论方法与有限元极限分析结果对比,验证了其合理性。进一步地,结合强度折减法,研究了排桩布置和土体强度变化对地震作用下岸坡稳定性和破坏模式的影响规律。

考虑参数空间变异性的高桩码头-岸坡体系可靠性分析

为进一步发展高桩码头-岸坡体系结构可靠性分析方法,基于KL-Copula互相关随机场模拟方法,综合考虑了岸坡土体参数空间变异性与其相关结构及大小的影响,提出一种岸坡-高桩码头体系互相关随机场模拟与可靠性求解数值实施流程,并基于PLAXIS计算程序平台,编写了高桩码头-岸坡体系互相关随机场模拟与可靠性分析外挂求解程序KLCPRP。在此基础上,进一步结合非侵入式随机分析方法进行相关算例分析,探讨不同岸坡强度参数Copula函数结构对互相关随机场模拟和高桩码头结构可靠性求解的影响规律。计算分析结果表明:不同Copula函数结构所对应模拟样本的线性相关系数、秩相关系数均存在一定差异性;对于有限实验数据情况,Gaussian Copula函数结构会导致随机场计算结果偏于保守;所提出的KL-Copula模拟随机场数值实施流程及对应外挂求解程序KLCPRP具有良好的精度和有效性,可为高桩码头-岸坡相互作用体系的相关工程设计及安全评价提供理论参考。

考虑氯离子侵蚀的高桩码头时变地震易损性分析

地震易损性分析是评估高桩码头结构抗震性能最有效的工具之一,它能够量化给定地震动参数下结构发生破坏的概率。本文针对典型高桩码头结构,探究了氯离子侵蚀导致钢筋及混凝土材料性能退化的规律,基于开源数值计算平台OpenSees,对浪溅区桩基区域的截面特性考虑腐蚀效应,建立了高桩码头二维有限元模型,探讨了氯离子侵蚀对高桩码头结构时变地震易损性的影响。采用Pushover分析方法确定了高桩码头各损伤状态的地震需求界限值。通过对不同腐蚀年限下的码头模型输入80条地震动,对构件能力需求比进行对数回归分析,形成高桩码头时变地震易损性曲线。研究结果表明:氯离子侵蚀会导致面板位移及桩顶弯矩减小,桩顶曲率略有增加;在高桩码头的使用寿命中,结构在不同损伤状态下的地震易损性均随服役时间的延长而增大。

堆载引起岸坡土体与高桩码头相互作用机制试验研究

码头后方堆场堆载会导致倾斜岸坡场地的侧向位移,对码头基础设施安全构成挑战。以天津港典型高桩码头为背景,基于大型土工离心试验平台,探究了堆场荷载作用下岸坡场地的变形特性、码头位移和内力的分布规律。试验结果表明:堆场荷载会导致岸坡出现显著的水平位移,其主要位于后承台下方区域,且随着距堆场距离的增加而逐步趋近于零;码头后承台随堆场荷载的增加会产生显著的向海侧水平位移,由此导致码头前后承台间距缩小进而增加碰撞风险;后承台桩基在岸坡土体水平变形作用下其弯矩响应由桩顶至底部呈S型分布模式;前承台桩基弯矩响应要显著低于后承台,其峰值小于后承台桩基弯矩响应的50%。研究结论可为高桩码头的破坏机制提供借鉴。

纳米流体阻尼器对高桩码头抗震性能的影响

为了研究纳米流体材料在降低高桩码头的动力响应、减轻码头震害领域的应用潜力,基于开源有限元计算平台OpenSees,建立了加入阻尼器的高桩码头二维有限元模型,对比分析了传统黏滞阻尼器和纳米流体阻尼器对高桩码头抗震性能的影响,评估了纳米流体材料对高桩码头的减震效果。结果表明:纳米流体阻尼器比黏滞阻尼器具有更好的限制桩顶侧向变形的能力;相比于黏滞阻尼器,纳米流体阻尼器可以更好地降低陆侧桩的桩顶曲率;加入纳米流体阻尼器的码头桩顶耗能小于加入黏滞阻尼器的码头桩顶耗能。

岸坡淤积对高桩码头结构受力的影响及清淤防治措施

利用有限元方法分析了岸坡淤积对高桩码头结构受力的影响,提出了码头下方局部清淤联合码头后方开挖以减小淤积影响的防治措施。通过构建高桩码头排架结构的实体单元模型,探讨了岸坡淤积和使用荷载的耦合作用对码头结构内力及水平位移的影响;通过比较岸坡淤积过程中的桩基受力及变形,揭示了桩基损伤机理,即岸坡淤积使桩土相互作用面积增大,桩基受到的附加淤积土压力作用增大,导致受横梁约束桩基的桩顶弯矩增大。岸坡淤积对码头结构存在显著影响,随着淤积高度的增加,桩基的内力及水平位移、横梁的水平位移显著增大;码头岸坡淤积、码头后方超淤及船舶撞击力的联合作用,对淤积岸坡的坡顶处和后侧的向岸斜桩的内力影响最大,桩基最易受损;对码头下方的淤积坡肩进行局部清淤,联合在码头后方挖槽的清淤措施,可有效降低危险桩基的桩顶弯矩,减小淤积对码头结构的影响。

基于极限学习机的高桩码头结构监测传感器优化布置研究

高桩码头结构的全寿命周期监测是一个庞大的系统工程,监测点的优化布置尤为关键。结合有限元计算建立了ELM神经网络模型,同时采用K⁃flod法确定ELM模型超参数,借助Filter框架下的SBS策略评价监测点在码头状态判断中的重要性,使用Wrapper法中的全局最优搜索策略给出选定监测点下的优化布置方案。结果表明,码头状态预测测点重要性评价与全局优化结果具有相似性,该方法可对高桩码头结构的监测点进行优化布置。

高桩码头工程中钢栈桥施工工艺运用分析

为增强高桩码头施工灵活度,确保工程质量达到理想状态。本文将基于实例分析法,聚焦工程项目风浪条件、地形地貌特殊特征,提出钢栈桥施工工艺使用要点,包括钢栈桥结构形式优化选择、钢栈桥受力精密计算、桥台、钢管柱基础施工布局、剪刀撑及平联、横纵梁精密安装、桥面板细致铺装等,旨在为项目开展奠定基础,实现预期施工目标,以供借鉴。

高桩码头混凝土裂缝预防与控制措施

高桩码头施工时,由于大量使用混凝土材料,混凝土构件表面的裂缝问题成为码头施工常见的质量通病。近年来随着港口工程行业整体施工水平的提升,建设单位、监理单位、设计单位以及施工单位都对码头工程施工质量越来越重视。高桩码头混凝土构件出现的裂缝不仅仅影响码头总体观感质量,裂缝还会影响码头工程混凝土构件的耐久性,严重的裂缝甚至会影响码头工程的结构安全。通过采取措施减少混凝土裂缝的数量以及对已经出现的危害码头质量的混凝土裂缝进行处理成为一项重要的质量管理课题。高桩码头混凝土裂缝通常会出现在以下部位,预制纵梁顶部、预制面板表面、现浇大体积墩台的内部及表面、现浇横梁顶面及侧面、现浇面层表面等,其中现浇大体积墩台及现浇面层的裂缝控制尤为重要。本文主要对高桩码头各部位出现的裂缝进行原因分析,以及混凝土裂缝预防措施和混凝土裂缝处理措施,以供参考。

长期服役高桩码头岸坡-结构体系侧向变形实测与数值模拟

长期服役高桩码头的侧向变形会导致桩顶变位,进而影响桩帽与横梁之间的连接,使得码头的工程安全处于危险状态。依托天津港某长期服役码头,开展结构位移和地基深层土体水平位移长期监测,在监测结果的基础上开展数值模拟分析,研究长期服役高桩码头岸坡-结构体系在蠕变影响下土体水平位移、沉降以及桩身水平位移、沉降等相应规律,并且研究岸坡后方不同填土厚度对岸坡-结构体系侧向变形的影响。结果表明,土体蠕变是长期服役高桩码头岸坡-结构体系侧向变形的一个重要影响因素,土体的蠕变变形主要集中于后方堆场沉降和坡面表层淤泥质黏土的竖向位移。岸坡土体的蠕变速率随时间增大而减小。桩身的竖向位移从桩顶到桩底不断减小;码头结构的受力最不利位置处于桩顶附近,各排架桩基在水平位移方面差异明显,越靠内侧越大。随着填土厚度不断增大,岸坡-结构体系侧向变形不断增大。