桩土相互作用下高桩码头随机地震反应分析

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高桩码头是我国港口建设中常用的码头结构型式,在港口建设和发展中有着重要作用。历次震害表明,高桩码头结构极易遭受地震破坏,因此在其设计使用年限内是否拥有足够的抗震能力非常重要。本文考虑桩-土相互作用,以随机过程作为地震动输入,对高桩码头随机地震响应特征进行分析,主要研究内容及成果如下:(1)对常用地震动输入和桩-土接触模拟方法进行了总结,并参考建筑抗震设计规范(GB50011-2010)和前人的研究成果获得相关参数,以大型通用有限元软件ABAQUS为平台,建立了高桩码头的二维有限元模型。(2)对该有限元模型进行结构自振分析,计算了高桩码头结构的模态振型,确定了结构的振动特性及所需模态阶次。(3)考虑桩-土相互作用,对高桩码头结构进行了反应谱分析,获得了三种不同方向地震激励作用下结构的位移及应力曲线。并对所得的曲线进行分析发现:在水平地震激励作用下码头结构向前倾覆,竖向地震激励作用下码头结构整体向前水平移动,水平激励对土体和结构的变形起主导作用。(4)对高桩码头有限元模型进行随机地震响应分析,得出了在随机地震激励下结构响应位移及拉应力的功率谱曲线。随后,对拉应力响应的功率谱曲线进行分析,得到了其在概率保证为75%的置信区间内的拉应力均方根值。依此可以确定,码头节点的相对位移功率谱曲线的峰值均出现在较小频率处,且高阶振型对结构响应的影响有限。(5)将反应谱分析与随机地震响应分析结果进行比较,可看出,两者所得位移及应力曲线变化趋势较为一致,且数量级相同。只是两者在数值上有所差异,其中,反应谱分析所得到的应力最大值较大。据此可确定,反应谱分析相对较为保守,而对工程实例进行功率谱分析是十分必要的。(6)在地震作用下,对结构地震响应的影响因素(如上部结构型式、后方填土等)进行分析,可发现:上部为框架结构时,桩顶处拉应力值较小,危险截面位于桩-土交界面;码头结构后方有高填土时,后排桩基拉应力较大,码头前沿桩基应力反而较小。在此基础上,对类似结构的设计提出了一些建议。
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