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。     

板桩结构土压力理论的创新发展

对于板桩码头,其主要的荷载为作用于码头前墙上的土压力,该荷载一方面是由于港池开挖引起前墙两侧土压力的不平衡产生,另一方面是由于码头表面荷载作用于地基土,从而增加了前墙陆侧的土压力。板桩码头深水化的关键要求必须解决港池挖深导致的前墙土压力急剧增大问题,“遮帘”和“卸荷”是减少前墙土压力的有效途径,由于设置了遮帘桩和卸承台,使得板桩结构的受力情况更加复杂,涉及的关键科学技术问题是土和结构的相互作用。针对遮帘式和分离卸荷式板桩码头新结构开发过程中的土压力问题,先后研究了土体密度与粒径对静止土压力系数的影响、遮帘式板桩结构的土压力“桶仓压力效应”和“遮帘效应”,以及分离卸荷式板桩结构的土压力“卸荷效应”,为板桩码头新结构的发展奠定了理论基础。     

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。     

土体参数对遮帘式板桩码头结构侧向变形的影响

文中通过ABAQUS有限元数值软件建立遮帘式板桩码头的三维数值模型,研究不同土体参数对遮帘式板桩码头结构侧向变形的影响。研究结果表明,土体的弹性模量对结构的整体稳定性影响较大,随着弹性模量的减小,前墙和遮帘桩水平位移逐渐增大,减小的愈多,变形愈明显;土体内摩擦角和粘聚力对遮帘式板桩结构物的位移变形影响主要集中在结构物的中上部,对结构物底部的位移变形影响较小,随着内摩擦角和粘聚力的增大,前墙和遮帘桩中上部的水平位移逐渐减小,发生最大变形的位置基本不变。     

遮帘式板桩码头接岸结构遮帘桩作用效应分析

以京唐港32号泊位工程为依托,在介绍土拱效应的基础上,建立了有限元分析模型,探究了遮帘桩截面形式与桩间距对遮帘作用及土拱效应的影响,结果显示,在对遮帘式板桩结构设计中,可适当增大遮帘桩间净距以提高施工效率,降低工程造价。     

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。     

钻芯法在遮帘式板桩码头结构质量检测中的应用

遮帘式板桩码头结构是我国首创的一种新型深水码头结构形式,本文结合工程实例,介绍了钻芯法在这一新型码头结构质量检测中的应用情况,并对钻芯法检测过程中遇到的一些问题进行了探讨。     

板桩结构土压力理论的创新发展

对于板桩码头,其主要的荷载为作用于码头前墙上的土压力,该荷载一方面是由于港池开挖引起前墙两侧土压力的不平衡产生,另一方面是由于码头表面荷载作用于地基土,从而增加了前墙陆侧的土压力。板桩码头深水化的关键要求必须解决港池挖深导致的前墙土压力急剧增大问题,"遮帘"和"卸荷"是减少前墙土压力的有效途径,由于设置了遮帘桩和卸承台,使得板桩结构的受力情况更加复杂,涉及的关键科学技术问题是土和结构的相互作用。针对遮帘式和分离卸荷式板桩码头新结构开发过程中的土压力问题,先后研究了土体密度与粒径对静止土压力系数的影响、遮帘式板桩结构的土压力"桶仓压力效应"和"遮帘效应",以及分离卸荷式板桩结构的土压力"卸荷效应",为板桩码头新结构的发展奠定了理论基础。     

20万吨级卸荷式板桩码头离心模型试验研究

中国板桩码头结构的设计和建设从2000年前的3.5万吨级到现今的20万吨级,有了长足的进步。新提出的一种20万吨级卸荷式板桩码头结构,考虑了刚性较大的T型地连墙方案和柔性较大的组合钢管桩前墙方案,与之相对应的卸荷承台群桩基础结构中分别设置2排和3排直立灌注桩。开展了大型土工离心模型试验,对这两种方案的卸荷式板桩码头结构性能进行了验证。结果发现,这两种方案都是可行的,前墙位移均在允许范围内,其中刚性较大的T型地连墙方案中,前墙锚着点位移较小,但墙身弯矩反应较大,拉杆力较小,承台群桩基础结构中灌注桩弯矩反应正常,而柔性较大的组合钢管桩方案中,前墙锚着点位移较大,但墙身弯矩反应较小,拉杆力较大,承台群桩结构中灌注桩弯矩反应较强。前墙和灌注桩弯矩反应强烈程度所呈现的此消彼长特性,揭示了卸荷式板桩码头中单锚式板桩结构部分和卸荷承台群桩基础结构部分之间的荷载分担工作机制。     

梁端柔性对装配式框架结构的内力影响

通过采用有限单元法进行分析,研究了柔性连接对框架结构内力的影响。研究表明,在竖向荷载作用下,相比较于刚性连接,梁端弯矩和柱脚弯矩均减小,而梁跨中弯矩变大。在水平荷载作用下,相比较于刚性连接,梁端弯矩减小,底层柱脚弯矩明显增大,此时梁跨中的弯矩几乎没有变化。当水平荷载和竖向荷载共同作用时,刚性连接与柔性连接之间的内力差别也是显著的。     

In-situ horizontal cyclic loading tests on composite foundation composed of soilbags and piles

The authors have been developing a new composite foundation composed of piles and soilbags. The foundation is characterized by the laying of soilbags between the pile heads and the footing on which a superstructure stands. The expected effect of the foundation is to cut off the fixed connection between the piles and the footing in order to reduce the bending moment of the piles and the response acceleration of the structure. In this study, in-situ horizontal cyclic loading tests were conducted on the proposed composite foundation with two piles to investigate the seismic response characteristics of the foundation at real scale. It was found from the tests that the horizontal force reached its peak due to the uplift of the footing during horizontal loading, and that larger hysteresis damping was obtained than that of spread foundations due to the hysteresis effect in the shear deformation of the soilbags. As for the sectional force of the piles and the vertical stress inside the soilbags, it was found that the axial force and bending moment of the piles concentrated on the pile on the front side in the loading direction, and that the vertical stresses inside the soilbags concentrated just above the pile head on the front side in the loading direction. Although residual horizontal displacement and settlement occurred due to the cyclic load, little damage to the soilbags was observed.     

深基坑双排桩结构合理支护参数的研究

结合工程实例,利用FLAC3D数值差分计算程序对深基坑双排桩支护结构上的截面弯矩和变形分布特征进行研究。重点分析双排桩的排距、桩长和桩径等的变化因素的影响,提出优化的设计参数。研究表明:随排距的增加,前后排桩桩体的位移不断减小,但是当排距超过1200 mm时,位移减小的趋势减缓;桩长的增大可使桩顶水平位移减小,而前排桩桩长的变化比后排桩桩长的变化有更大的影响;当桩径较小时,适当增大桩径能有效地减小桩体的位移。     

变刚度悬臂式双排抗滑桩水平推桩模型试验研究

双排抗滑桩常用于加固大型滑坡,其中悬臂式双排抗滑桩由于施工便利,受到工程界广泛重视。已有研究表明,后排桩承受的滑坡推力大于前排桩,是困扰设计的重要问题。文章借鉴变刚度调平设计原理,通过改变前后排桩间距实现前后排桩刚度的调整,设计了变刚度悬臂式双排抗滑桩支护形式,并进行了室内水平推桩模型试验,得到桩顶及坡顶位移、桩身弯矩以及滑体内土压力分布。结果表明：水平推桩模式下,桩顶位移和桩身弯矩随荷载增大而增大,模型边坡沿着滑动面破坏,根据桩顶的荷载-位移曲线,双排桩在推力作用下的发展过程被划分为三个阶段;适度增大前排桩的桩间距并不会明显降低双排抗滑桩的临界荷载;采用变刚度调平设计悬臂式双排抗滑桩,前排作用被充分调动,前后排最大弯矩差值变小;双排抗滑桩存在明显的三维土拱效应,在推力方向上被划分为后排桩后土拱效应、桩排间土拱效应、前排桩前土拱效应,在深度方向上,滑体中部土拱效应与滑体下部有所不同;适度扩大前排桩的间距,桩排间土体保持稳定,未见土体绕流现象,桩排间土拱效应作用明显。     

通电加速锈蚀后弹卡式连接接头预制桩抗弯性能研究

为研究弹卡式连接预应力混凝土方桩在滨海环境下长期工作的耐久性能,对弹卡式连接与传统焊接式连接方桩接头试件进行了通电加速锈蚀试验,并对劣化后两种方桩接头试件进行了抗弯性能试验。结果表明:劣化后的弹卡式连接方桩接头试件整体连接性能保持完好,其开裂弯矩和极限弯矩试验值与桩身理论计算值较接近,试件受弯破坏形式为接头底部被拉开,弹卡连接件中插杆从小套筒中拔出而破坏;劣化后的焊接式连接方桩接头试件焊缝连接处锈蚀严重,其开裂弯矩和极限弯矩试验值相较桩身理论计算值下降幅度较大,试件受弯破坏形式为接头底部连接焊缝直接拉开,跨中接头底部两侧端板完全脱离。     

稳定路基中刚性桩抗弯能力验算简易方法

稳定路基的刚性桩复合地基会产生一定的侧向位移，其刚性桩会承受一定的弯矩并可能开裂。为了保证刚性桩复合地基路基的长期稳定性，应验算路堤下复合地基刚性桩的抗弯能力。为减小路堤下复合地基刚性桩的抗弯能力验算难度，需要研究刚性桩弯矩简易计算方法。首先，基于大量公路路基软基试验和监测工程，对路基最大沉降与最大侧向位移的关系进行了统计研究，得到了两者之间的经验关系式；然后，根据路堤下复合地基和刚性桩的侧向位移曲线形状，提出刚性桩水平受力简化模型，并对复合地基刚性桩弯矩与最大侧向位移之间的关系进行了理论推导。在上述研究的基础上，提出了根据复合地基沉降得到桩身弯矩的简易方法。工程算例表明该方法简单、可行。研究表明，刚性桩位移与桩间土位移基本相等，可忽略不计桩土位移差对刚性桩弯矩的影响；当刚性桩进入硬土层的长度超过7倍桩径时，可认为刚性桩在软土层底面处固定。