Seismic response and correlation analysis of a pile-supported wharf to near-fault pulse-like ground motions

Earthquake investigations have shown that near-fault pulse-like(NF-P)ground motions have unique characteristics compared to near-fault non-pulse-like(NF-NP)and far-field(FF)ground motions.It is necessary to study the seismic response of pile-supported wharf(PSW)structures under NF-P ground motions.In this study,a three-dimensional finite element numerical model is created to simulate a PSW.By imparting three types of ground motion,the engineering demand parameters(EDPs)of PSW under NF-P ground motions were analyzed and compared,in which EDPs are the maximum displacement and bending moment of the piles.Twenty intensity measures(IMs)were selected to characterize the properties of ground motions.The correlation between IMs and EDPs was explored.The results show that the piles present larger displacement and bending moment under NF-P ground motions compared to NF-NP and FF ground motions.None of the IMs have a high correlation with EDPs under NF-P ground motions,and these IMs are more applicable to FF ground motions.The correlation coefficients between EDPs and IMs under three types of ground motion were obtained,which will provide a valuable reference for the seismic design of PSWs.

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。

码头工程建设对红树林湿地的影响及修复措施

受码头建设的影响,北海铁山港榄根作业区附近的红树林湿地出现受损退化现象。为了恢复稳定良好的湿地生态,2021年9月在对该区域红树林及其生境进行调查采样的基础上,分析了红树林湿地的受损退化原因。结果表明,码头工程建设期间,高岭土悬浮物沉积或附着于红树林根部及叶片上,不仅严重影响植物呼吸和光合作用,而且致其根部腐烂进而导致死亡;码头建设导致的红树林湿地内水流减缓,以及因围填活动引起的局部滩面抬高也是红树林受损退化的原因。提出新增或拓宽现有潮汐通道、局部微地形改造,以及红树林造林恢复等生态修复措施,为沿海地区开展码头工程建设对红树林的影响研究与生态修复实践提供借鉴。

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。

重力式码头升级改造板桩墙后土压力分布

针对重力式码头升级改造新建板桩墙方案板桩墙后土压力分布问题,开展新建板桩墙距已有重力式墙身不同距离的土压力分布规律研究。采用有限元数值模拟和理论公式计算对比分析,得出作用在前板桩墙上的土压力小于理论主动土压力,即存在贮仓效应的结论。建议重力式码头改造工程设置前板桩墙时,采用公式合理选取贮仓尺寸,或根据新建板桩墙距已有码头墙身的距离采用有限元计算作用在板桩墙上的土压力,避免保守或激进设计。

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。

基于模型预测控制的岸边集装箱起重机吊具防摇方法

自动化远控岸边集装箱起重机是应用在码头前沿的主力设备,设备效率直接影响了码头的运营能力,其中吊具系统准确快速定位是起重机提升起吊效率的关键因素。文中以岸边集装箱起重机吊载运行小车为研究对象,提出了一种基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的防摇控制方法。根据岸边集装箱起重机小车吊载运行的特点,建立系统状态方程,设定二次规划问题的性能指标,求解开环优化问题并获得最优的控制序列。与传统的控制方法相比,该方法是一种在线循环控制算法,具有较强的抗干扰能力。同时将约束条件直接嵌入最优化控制序列求解当中,使最优化控制序列与实际输入条件相匹配。通过仿真计算结果表明,该方法能迅速控制吊具的摇摆幅度,有效提升起升作业效率,同时也能满足不同工况下控制的稳定性要求。

基于EFDC模型的靖江河道多码头开发段溢油事故综合污染风险分析

基于环境流体动力学模型EFDC模拟了长江靖江开发段6个码头溢油事故下油膜漂移路径,提出了溢油污染风险评估方法,计算了多码头溢油事故的污染风险指数分布及其对保护区的综合污染风险指数。结果表明:码头位置和周围流场影响油膜的漂移路径;急流区溢油事故产生的油膜峰值迁移速度快,影响距离长,而缓流区溢油事故产生的油膜聚集程度高,影响时间长;多码头溢油事故产生的污染风险主要分布在各油膜路径的叠加区域,在开发段中部至下游末端形成强等级污染风险带,综合污染风险指数约为1.6;风险带主要影响W1保护区,应在高风险区域提前采取应急防范措施。

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。

装配式沉箱墩码头结构研究与优化

在目前用海政策下,码头采用透水结构更为可行。结合工程实例,综合考虑自然条件及使用要求,针对常规透空沉箱墩在低高程、大荷载、浅基岩情况下存在的问题,通过理论计算及物理模型试验,对结构进行受力分析对比,并从方便施工角度进行优化,提出装配式沉箱墩码头结构。新结构能够满足码头面低的使用要求,承受较大使用荷载和波浪力,提高了对基础不均匀沉降的适应性,为在地质条件不适宜采用桩基结构的地区建设透空码头结构,提供了经济性更好、施工便利性更强的结构选型。装配式沉箱墩码头结构已在日照岚山港区得到应用,可为类似条件下建设透水码头结构提供借鉴。

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。

重载码头堆场CFG桩网复合地基离心模型试验研究

CFG桩网复合地基广泛应用于处理软土地基。采用土工离心模型试验研究某码头堆场超大荷载下CFG桩网复合地基的变形和桩土应力特性,试验模拟了地基、CFG桩、树根桩、加筋垫层、防尘网和轨道梁基础、矿石堆载等,分析了超大荷载作用下复合地基表面变形、桩顶轴力、桩间土压力、桩土应力比的变化规律。试验结果表明,复合地基的沉降速率在稳定控制标准之内,沉降量满足堆场使用要求,防尘网基础和轨道梁基础水平位移和沉降均很小,桩土应力比为25.2~43.8,CFG桩网复合地基在350 kPa荷载作用下是稳定安全的,达到了预期加固效果。

装配式海岸工程混凝土结构研究与应用进展

码头和防波堤建筑物是典型的海岸工程混凝土结构。这类结构的下部结构构件多为预制,而上部结构构件多为现浇。针对3类典型装配式海岸工程混凝土结构(高桩码头、板桩码头、桩基透空式防波堤),系统介绍了其结构特点、典型节点与连接构造,总结分析了国内外有关这3类典型结构的力学性能、技术标准与工程应用的最新进展。最后,对今后装配式海岸工程混凝土结构的应用与研究前景进行了展望。

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。

集成式全液压隧道仰拱智能移动栈桥施工技术

为解决隧道仰拱栈桥功能单一、仰拱模板上浮、受施工人员操作水平限制以及防水板铺设劳动强度高等难题,依托康渝高速铁路汉滨段左家山隧道工程,研究集成式仰拱栈桥换步前进原理、混凝土浇筑车组工作方法、铺挂防水板施工技术及智能化运营管理控制系统,研制新型集成式全液压隧道仰拱智能移动栈桥一体机。工程实践表明,栈桥步进式全液压驱动行走机构前移灵活;栈桥增设的中支腿能够为浇筑仰拱或填充混凝土提供有效支撑,栈桥增设的移动车组可满足混凝土浇筑、边墙防水板铺设平行作业要求;设置的框架式支撑抗浮体系能有效防止仰拱模板上浮;构建的模块化智能控制系统实现了实时远程辨别仰拱栈桥工作状态。相比于传统仰拱栈桥,改进后的集成式智能仰拱栈桥施工功效提升,经济和社会效益提高。

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。

抗压容器钢在模拟工业码头大气环境下的腐蚀行为研究

为探究抗压容器钢在模拟工业码头大气环境下的腐蚀行为,利用失重分析、EDS、XRD和电化学方法研究了不同模拟加速试验周期下抗压容器钢Q235和16MnNiVR钢的腐蚀行为。结果表明:抗压容器钢Q235和16MnNiVR钢在模拟工业海洋大气环境试验中,其腐蚀速率先呈现上升趋势,随着锈层由疏松逐渐变致密,腐蚀速率会发生不同程度地下降。在此加速试验下2种钢的腐蚀产物化学性质一致,所发生的腐蚀行为差异是由金属基材表面腐蚀产物致密性所致,在东南沿海工业海洋大气环境腐蚀因子作用下,16MnNiVR钢的耐蚀性可达到Q235钢的1.6倍。

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。