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全直桩码头结构是适用于软土地基离岸深水码头的新型结构形式。该结构长期处于波浪循环荷载强度较高的水域,长期波浪循环荷载作用导致地基土体发生显著的强度软化、刚度弱化的循环软化效应。但饱和软粘土强度与刚度软化对离岸深水全直桩码头结构受力变形等承载特性影响情况尚不确定。针对这一问题,本文结合某实际离岸深水全直桩码头结构工程,基于ABAQUS有限元软件二次开发平台及Fortran语言,编制饱和软黏土强度与刚度衰减计算程序,并建立结构-地基相互作用有限元计算模型。开展考虑软粘土强度与刚度软化效应对离岸深水全直桩码头结构承载特性、破坏模式、稳定性影响因素等方面较系统的研究。具体研究内容及相关结论如下:
1.首先,通过ABAQUS有限元分析软件建立了离岸深水全直桩码头结构-地基相互作用的三维弹塑性有限元模型,并采用Fortran语言编制了波浪荷载计算子程序。然后,采用荷载控制方式,分别计算了波浪荷载、撞击力、波浪荷载水平作用效应与撞击力耦合作用及波浪荷载对面板的冲击效应与撞击力耦合作用下结构的受力、变形及失稳破坏模式。结果表明,波浪荷载对面板的冲击效应与撞击力耦合作用下对结构稳定性影响最大,结构的安全系数降低了13.1%。
2.其次,基于已有试验成果所得的饱和软黏土刚度衰减模型及其模型中相关参数的确定方法,拟合出考虑不同循环次数、不同动偏应力水平、不同孔隙水压力条件下饱和软黏土刚度衰减规律模型。并借助ABAQUS有限元二次开发平台,将该刚度衰减模型嵌入到所建立的数值计算模型中,对已有考虑刚度衰减特性的循环三轴试验结果进行模拟,通过与已有试验数据对比,验证了本文所建立的刚度衰减模型正确性。
3.最后,将上述建立的刚度衰减模型和已有的强度弱化模型同时嵌入离岸深水全直桩码头结构-地基三维弹塑性有限元计算模型中,开展分别考虑饱和土体强度软化、刚度弱化及同时考虑强度与刚度弱化对离岸深水全直桩码头结构和地基土体受力变形情况的对比分析。结果表明,在相同循环次数下考虑土体强度软化时结构安全系数降低23.6%,考虑土体刚度衰减时结构安全系数降低21.9%,同时考虑土体强度软化和刚度衰减时结构安全系数降低33.9%。由上述结果可知,同时考虑地基土体强度软化和刚度衰减是有必要的。
1.首先,通过ABAQUS有限元分析软件建立了离岸深水全直桩码头结构-地基相互作用的三维弹塑性有限元模型,并采用Fortran语言编制了波浪荷载计算子程序。然后,采用荷载控制方式,分别计算了波浪荷载、撞击力、波浪荷载水平作用效应与撞击力耦合作用及波浪荷载对面板的冲击效应与撞击力耦合作用下结构的受力、变形及失稳破坏模式。结果表明,波浪荷载对面板的冲击效应与撞击力耦合作用下对结构稳定性影响最大,结构的安全系数降低了13.1%。
2.其次,基于已有试验成果所得的饱和软黏土刚度衰减模型及其模型中相关参数的确定方法,拟合出考虑不同循环次数、不同动偏应力水平、不同孔隙水压力条件下饱和软黏土刚度衰减规律模型。并借助ABAQUS有限元二次开发平台,将该刚度衰减模型嵌入到所建立的数值计算模型中,对已有考虑刚度衰减特性的循环三轴试验结果进行模拟,通过与已有试验数据对比,验证了本文所建立的刚度衰减模型正确性。
3.最后,将上述建立的刚度衰减模型和已有的强度弱化模型同时嵌入离岸深水全直桩码头结构-地基三维弹塑性有限元计算模型中,开展分别考虑饱和土体强度软化、刚度弱化及同时考虑强度与刚度弱化对离岸深水全直桩码头结构和地基土体受力变形情况的对比分析。结果表明,在相同循环次数下考虑土体强度软化时结构安全系数降低23.6%,考虑土体刚度衰减时结构安全系数降低21.9%,同时考虑土体强度软化和刚度衰减时结构安全系数降低33.9%。由上述结果可知,同时考虑地基土体强度软化和刚度衰减是有必要的。