遮帘式板桩码头结构离心模型试验研究

针对传统板桩结构仅适用于中小码头建设这一长期困扰工程界的难题,结合京唐港待建1.0×105 DWT级深水泊位拟采用的遮帘式板桩结构,运用离心模型试验技术对其结构受力状态和变形特点展开研究。通过对有无遮帘桩、有无码头面荷载、前板桩墙不同嵌入比以及前板桩墙与遮帘桩的距离等进行一系列试验,得出的试验成果表明,这种遮帘式板桩码头新结构解决了深水板桩码头前板桩墙弯矩急剧增大的问题,同时有效地减小码头前沿水平位移和拉杆拉力,实现了传统板桩结构向深水泊位发展的历史性突破。为探求这种新型码头结构中前板桩墙与遮帘桩之间的最佳传力模式,模拟3种不同的连接型式,即前板桩墙与遮帘桩钢筋混凝土胸墙连接、竖向自由的胸墙连接和相对自由的拉杆铰接,结果发现采用拉杆铰接型式时,码头结构内力最为合理。在上述研究的基础上,最后提出拉杆铰接型式的遮帘桩码头结构形式为最优方案,推荐设计采纳。

遮帘式板桩结构简化计算及与离心模型试验对比研究

遮帘式板桩码头是一种新型的结构型式,其主要荷载是作用于前墙的土压力,由于设置了遮帘桩与卸荷板,以至于使板桩结构受力更趋复杂化,目前没有成熟的理论和计算方法,本课题开展了离心模型试验,进行了土压力现场测验,测试了板桩结构上土压力的分布规律,并测试了遮帘式板桩结构弯矩及位移的分布规律,通过有限元数值分析,探讨了分离卸荷式板桩码头结构的受力与变形规律,数值计算结果与试验数据基本吻合,证明了简化计算方法的合理性,为遮帘式板桩码头结构的计算和工程设计提供了理论依据。

遮帘式板桩码头变形机制有限元分析

遮帘桩作为新型的支护结构作用在板桩码头结构上,造成常规板桩码头结构发生变形,现有的理论计算方法还不能完全反映其变形机制。借助ABAQUS通用有限元软件,结合工程实例,进行了二维及三维数值计算,计算结果表明:①对比数值计算结果与原型观测试验,模拟的结构变形与原型观测结果相仿,前墙上水平位移沿深度方向呈抛物线变化,而遮帘桩、锚碇墙上水平位移沿深度方向大致呈线性分布,竖向沉降与原型观测结果相似;②比较三维模型中间桩、边桩断面和原型观测上水平位移,前墙受遮帘桩影响,存在明显的遮帘效应。

遮帘式板桩码头的遮帘效果及其影响因素分析

为使遮帘桩达到更好的遮帘效果,需要对相关的影响因素进行分析,如遮帘桩与前墙的距离(桩墙间距)、遮帘桩之间的间距(桩间距)。结合工程实例,建立了有限元分析模型,通过计算前墙所受土压力及弯矩,分析了遮帘桩的遮帘效果。进一步利用有限元法分析了桩墙间距与桩间距对遮帘效果的影响。结果表明:当桩墙间距增大时土压力增大,而土压力的增幅减小;桩间距存在临界值,当桩间距小于临界值时土压力的变化很小,当桩间距超过临界值时土压力变化明显。

墙桩间距对遮帘式板桩码头结构遮帘效应的影响分析

为了研究墙桩间距对遮帘效应的影响,利用京唐港32#原型观测试验揭示了遮帘式板桩码头结构的遮帘效应.分别采用离心模型试验和有限元模拟,对比码头开挖前后以及不同墙桩间距下前墙平均侧土压力系数、土压力分布及水平位移的变化情况.结果表明,码头开挖前,无遮帘桩情况下,前墙上平均侧土压力系数最大,且随墙桩间距的增大而减小;码头开挖后,随着墙桩间距的增大,前墙水平位移、前墙陆侧上土压力以及前墙与遮帘桩的相对水平位移增大,前墙陆侧对应桩间侧与对应桩侧上的土压力差值则逐渐减小.在实际工程施工条件允许的情况下,墙桩间距越小,遮帘式板桩码头结构的遮帘效应越明显.

遮帘桩方案改造板桩码头离心模型试验研究

结合京唐港#14、#15泊位板桩码头升级改造工程,运用离心模型试验技术对采用遮帘桩方案进行改造的码头结构受力状态和变形特点展开研究。改造前后试验结果的对比分析表明:遮帘桩方案用于改造板桩码头是合理的、可行的。

遮帘式板桩码头结构有限元分析

目前国内码头结构形式多为板桩墙,受墙身高度限制,只适用于中小码头建造。遮帘式板桩结构,在前墙后加入一排桩,极大改善了前墙受力,使码头泊位向大型深水化提供了可能。该结构无成熟的设计方法,为了更准确的设计及改造已有码头,需对常规设计方法进行验证。结合京唐港#32码头遮帘桩工程,采用ANSYS对其进行数值模拟。计算表明,在正常设计工况下,加桩后前墙弯矩减少了约70%,负弯矩减少了约10%。加遮帘桩前后,后墙受力变化不大。数值计算与监测结果基本吻合,证明遮帘桩是一种可行的支护方式。

遮帘式板桩码头工作机理初探

为了适应大吨位深水码头的发展要求,我国自主设计了一种新型板桩码头结构——遮帘式板桩码头,这种新型的码头结构由于前板桩墙后多了一排遮帘桩而使得整个结构的工作机理变得十分复杂。以数值模拟为手段,研究了遮帘桩与前墙的距离以及遮帘桩的刚度对码头工作性状的影响。结果显示,前墙内力受墙桩距离影响很大,墙桩距离决定着遮帘桩能否发挥替前墙挡土的作用,从而决定着结构是否稳定;墙桩距离增大会削弱自身对结构受力造成的影响;遮帘桩刚度越大越能有效的阻止土体变形,挡土效果越好。

遮帘式板桩码头结构与土共同作用3D数值模拟分析

遮帘式板桩码头作为一种全新码头结构,因缺少相关设计规范和计算方法,给工程设计、施工与优化带来很大困难。基于ABAQUS计算软件平台,利用自行二次开发的、能较好地反映土体塑性体应变和剪胀特性的"南水"双屈服面土体本构模型,对遮帘式板桩码头三维数值计算展开研究,探讨该新型码头结构与地基土体间相互作用、墙身与桩体的变形、拉杆力的变化以及桩与墙体土压力及弯矩分布与变化规律。计算结果表明,新型板桩码头结构沉降量较小,水平位移因前沿港池的开挖相对较大,由于设置遮帘桩,结构充分利用了土体自身抗剪力学特性,导致上部土体作用于前墙土压力显著减小,下部土体作用于前墙土压力显著增大,从而极大改善了前墙承受由于前沿港池开挖深度增加而迅速增大的土压力,使得结构更加稳定;同时,遮帘桩承担了较大的弯矩,增强了抗倾覆的能力,使得遮帘式板桩码头得以深水化。

遮帘式板桩码头结构有限元数值分析

遮帘式板桩码头作为一种新型的结构型式,无成熟的理论及计算方法,常规的设计方法的不成熟及模型试验受到各种条件的限制,无法完全模拟现场实际工况。借助于有限元软件进行了三维及二维数值计算。从计算结果看,三维模型同二维模型比较接近。通过比较监测数据及不同的弹性模量计算结果,得到了合理的弹性模量值。进而计算考虑有墙后剩余水头及堆载的实际工况,考虑剩余水头后,其弯矩及轴力值与不考虑剩余水头其差值一般在8%～15%。考虑堆载后,前墙与遮帘桩正弯矩及后墙负弯矩有显著变化。

遮帘式板桩码头的工作机理

板桩码头结构深水化过程中遇到的主要问题是如何克服作用于前墙上的随开挖深度剧增的土压力。遮帘式板桩结构的设计思路是在传统的板桩码头前墙陆侧增加一排遮帘桩,利用其遮帘效应来分担一部分作用于前墙上的土压力,从而达到建设大型深水板桩码头的条件。通过前期开发的基于ABAQUS有限元平台的土和结构相互作用分析软件,采用"南水双屈服面弹塑性本构模型"来模拟地基土的应力应变关系,通过基于接触力学的本构模型来模拟土和码头结构的相互作用,研究了遮帘桩的工作机理和遮帘效应,探讨了遮帘式板桩码头前墙两侧的土压力分布规律,以及码头结构的变形和弯矩分布规律。通过与单锚板桩码头结构的比较,验证了遮帘式板桩码头对于板桩码头深水化的作用。

遮帘式板桩码头土压力离心模型试验研究

结合设计需要,开展多组土工离心模型试验,研究了均匀砂土地基中遮帘桩与前墙距离对前墙土压力分布的影响。试验结果发现,由于遮帘桩的存在,前墙侧向土压力分布完全不同于无遮帘桩情形下的线性分布,总体平均侧压力系数K-小于无遮帘桩情形下的K-值。根据K-随遮帘桩与前墙距离的变化趋势,初步探讨了最佳墙桩距离这一设计参数。

群桩间“加筋与遮帘”相互作用研究

提出了桩间“加筋与遮帘”作用的计算方法 .单桩的桩土作用关系采用荷载传递曲线 ,根据弹性理论Mindlin方程求解群桩间相互作用 .依据弹性叠加原理 ,建立了杆系结构有限单元法与荷载传递迭代法相耦合的群桩沉降计算混合法 .在编制的群桩沉降分析计算程序GPSA1中 ,采用本文提出的计算方法成功地计算了群桩间的“加筋与遮帘”作用 .同时 ,在计算桩间影响系数时 ,考虑了桩周介质压缩层厚度有限的边界条件 .本文的计算方法 。

遮帘式板桩码头三维地震动响应

为研究遮帘式板桩码头在地震作用下板桩结构与土的相互作用,及前墙弯矩、遮帘桩弯矩和拉杆拉力的变化情况,运用ABAQUS软件研究京唐港32#遮帘式板桩码头在不同加速度峰值的地震载荷作用下的动态响应.结果表明,不同加速度峰值地震波对码头结构有重要影响,地震加速度峰值每增大0.1g,前墙最大弯矩增大约10%,遮帘桩最大弯矩增大约21%,后拉杆拉力增大约25%.地震动土压力对海底标高以上的前墙结构作用不明显,对海底标高以下前墙部分影响较大,对遮帘桩沿桩身分布的动土压力显著;在地震作用下遮帘桩依然发挥前墙挡土的作用.

遮帘式板桩码头原型观测技术研究

遮帘式板码头作为新型的码头结构型式尚没有完善的设计与施工规范,原型监测显得尤为重要。本文结合国际上首个全遮帘式板桩码头的原型观测实例,详细介绍了遮帘式板桩码头的原型观测技术,并对仪器的选型及安装进行了探讨,重点研究了结构侧向变形与侧向土压力的原型观测技术。研究结果对遮帘式板桩码头的原型观测方法有一定的指导意义。

软土中已打入桩对土体位移的遮帘作用研究

采用侧向移动土中桩的理论分析结果以及有限元数值模拟,较为系统地分析了沉桩工程中已打入桩对土体侧向位移及地表隆起的遮帘作用,结果表明已打入桩对土体侧向位移的总体遮帘作用并不显著。采用不同切向劲度系数的接触面单元以模拟已打入桩间隔时间长短对地表隆起的遮帘效应,结果表明:打入桩间隔期较短时,已打入桩对地表隆起的遮拦作用主要体现在对土体位移的“水平阻隔”上,土体沿桩土界面发生流动向上隆起;而间隔期较长时,桩土间存在有较大的摩阻力而限制了土体的位移,此时已打入桩对地表隆起的遮拦作用体现在竖向摩阻力对土体隆起的“抑制”上。

全遮帘式板桩码头结构遮帘桩合理桩间距确定

遮帘桩桩间距的确定是设计中的一个重要方面,桩间距过小,则浪费材料,经济上不合理,若桩间距过大,则土拱效应得不到良好的发挥,其遮帘效应亦不明显。在确定遮帘桩桩间距时,假定土拱厚度与遮帘桩正面及侧面宽度均有关进而确定土拱厚度,利用土拱合理拱轴线和拱脚土体破坏面的特征,通过桩间土拱静力平衡及强度控制条件得到两种条件下的桩间距计算方程,据此得出遮帘桩的合理桩间距的计算方法,并应用于全遮帘式板桩码头工程。同时,采用三维有限元数值分析确定的合理桩间距大小,与所提出方法的计算结果较为吻合,证实了该方法的可行性、合理性,其成果可供类似工程参考。

一种新型码头结构型式——半遮帘式深水板桩码头结构的推出

结合某港码头加深改造工程的技术经济研讨 ,推出了一种新的码头结构型式——半遮帘式板桩码头结构 ,并提出了相应的设计计算方法。由于该结构型式所具备的一系列优点 。

开挖过程中遮帘式板桩码头结构变形二维数值模拟

借助大型通用有限元软件ABAQUS,以京唐港区32#通用散货泊位为工程实例,根据现场原型观测试验,对代表性断面进行选取、简化,建立相应的二维模型进行数值模拟计算,给出了遮帘式板桩码头开挖过程中变形形式的模拟方法,并将数值模拟结果与现场原型观测实验数据进行了对比。研究结果表明:1在不考虑剩余水头和堆载影响的情况下,数值模拟计算的变形结果与现场原型观测的变形结果比较接近,基本可以反映这种新型结构构件在水平向与竖向的变性特性;2两者对比的结果验证了本文所提出的开挖模拟方法的合理性。

遮帘式板桩码头结构土压力特性模型试验研究

为了研究遮帘式板桩码头结构中土压力的传递机理,采用模型试验分别模拟遮帘式板桩码头结构和单锚式板桩码头结构的开挖过程,分析2种板桩码头结构中不同断面上土压力的变化规律.试验结果表明:从2种板桩码头结构的弯矩分布和水平变形来看,结果与原型结构的变形形式相符;码头开挖后,在拉杆拉力相近的情况下,遮帘式板桩码头结构中前墙水平位移和弯矩小于单锚式板桩码头结构;当前墙上土压力减幅相同时,遮帘式板桩码头结构中前墙水平位移也小于单锚式板桩码头结构.遮帘式板桩码头结构体现了很好的遮帘效果.在远离遮帘桩的位置,2种结构的土压力减幅都很小,可忽略不计.遮帘式板桩结构中,越靠近前墙,断面上的土压力减幅越大.