水流荷载作用下高桩码头排架结构性状及承载力研究

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高桩码头是软土地基码头的主要结构型式。水流不仅对高桩码头排架产生静动荷载作用,而且还可能产生结构涡激振动。研究水流荷载作用下高桩码头的稳定性与水平承载力有重要意义。本文以高桩码头排架结构为研究对象,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,研究基桩和排架在水流作用下的工作性状和承载特性;采用振动理论,研究横梁与桩的不同连接方式、桩与土的不同嵌固方式对码头基桩自振频率的影响,分析涡激振动对排架结构的动力效应。(1)多向水流荷载作用下桩土工作性状研究表明,双弹簧法高估了土的水平抗力,不完全适合于分析多向受荷桩,推荐采用三维地基梁-弹簧模型。(2)排架结构群桩效应与五基桩模型的对比分析表明,横梁对排架基桩的桩顶水平变位有约束作用,横梁的约束降低了基桩的桩身变形程度,减小了基桩的泥面位移,减弱了基桩间的群桩效应。(3)水流荷载作用下排架结构承载力研究表明,横梁对基桩桩顶的约束作用提高了排架结构整体的抗弯刚度,增大了基桩的水平承载能力,排架结构稳定性远好于基桩结构。(4)高桩码头基桩和排架结构的振动分析表明,桩底固定、桩顶自由时水中基桩的自振频率为1.54Hz,横梁与桩的不同连接方式、桩与土的不同嵌固方式不改变水中基桩的自振频率。水流对基桩和排架的动力效应与漩涡周期和结构自振频率密切相关,当漩涡产生周期为1.9s时,水流对基桩的动力系数为1.13,动力效应较为明显,对排架一阶振型的动力系数达到71.04,排架共振效应明显。
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