液化场地高桩码头抗震分析位移反应谱法

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高桩码头是港口工程中常用的码头结构形式。随着“一带一路”倡议实施以来,沿线国家港口建设方兴未艾,但“一带一路”沿线国家多位于地震带,地震频发,历史上由地震造成了许多港口的严重破坏与巨大的经济损失。提高建构筑物抵御地震作用的关键为科学、有效的抗震设计理论,并且人们逐渐把对承载力的关注转移到性能上特别是结构的位移参数上,并逐渐形成了基于位移的抗震设计方法,而我国主要的设计方法仍为基于力的设计。高桩码头多建于可液化场地,在地震作用下机理较为复杂,开展其抗震性能研究极具意义。鉴于此,本文以高桩码头为研究对象,借助数值模拟手段,探究了液化与非液化场地下高桩码头在远场、近场地震动作用下地震反应之异同,探究了场地液化对于位移反应谱的影响,并介绍了一种基于位移反应谱求解结构地震需求的方法,并与非线性时程分析的结果进行对比。主要的研究内容与成果简述如下:首先,针对液化场地桩-土-甲板高桩码头结构地震相互作用离心模拟振动台试验,构建了地震反应分析的数值模型,并将模拟计算的孔隙水压力、土体加速度、土体位移、桩弯矩以及甲板位移时程与试验值进行对比,以验证数值模型的正确性。基于此数值模型,探究了桩身的嵌固长度、桩的抗弯刚度、薄弱土层厚度等参数对场地响应、结构响应的影响。接着,运用类似的数值模技术,建立非液化场地桩-土-甲板高桩码头结构数值模型。选取了十六条近场、远场地震动,分析模型土体地震反应、结构地震反应之异同。发现在高桩码头设计中应关注近场地震动的作用,并验证相较于加速度响应,其位移响应更为敏感,建议在港口结构抗震设计中,用位移反应谱替代加速度反应谱进行结构地震需求分析。随后,位移反应谱是基于位移抗震设计理论的重要内容,可液化场地中结构的地震需求会更高,故初步探究了液化对于位移反应谱的影响。分析了Port Island Station等四个台站在Kobe等地震中记录到地震动记录,这些场地在地震中均观察到液化现象。近一步,计算了这些地震动的位移反应谱并进行了标准化处理与线性拟合,并同欧洲规范中给出的D类场地反应谱做了比较,发现在较长周期中,规范反应谱偏于不安全。最后,介绍了一种基于位移反应谱的高桩码头体系抗震性能分析方法,选取了一个工况进行分析,利用修正的位移反应谱求解得到了其地震需求,并与结构非线性时程分析的结果进行对比,发现利用该方法进行液化场地高桩码头抗震性能分析是科学、有效的。本文为同类高桩码头结构的抗震性能研究以及抗震设计提供了一些可以参考的思路。
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