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。     

遮帘式板桩码头结构离心模型试验研究

针对传统板桩结构仅适用于中小码头建设这一长期困扰工程界的难题,结合京唐港待建1.0×105 DWT级深水泊位拟采用的遮帘式板桩结构,运用离心模型试验技术对其结构受力状态和变形特点展开研究。通过对有无遮帘桩、有无码头面荷载、前板桩墙不同嵌入比以及前板桩墙与遮帘桩的距离等进行一系列试验,得出的试验成果表明,这种遮帘式板桩码头新结构解决了深水板桩码头前板桩墙弯矩急剧增大的问题,同时有效地减小码头前沿水平位移和拉杆拉力,实现了传统板桩结构向深水泊位发展的历史性突破。为探求这种新型码头结构中前板桩墙与遮帘桩之间的最佳传力模式,模拟3种不同的连接型式,即前板桩墙与遮帘桩钢筋混凝土胸墙连接、竖向自由的胸墙连接和相对自由的拉杆铰接,结果发现采用拉杆铰接型式时,码头结构内力最为合理。在上述研究的基础上,最后提出拉杆铰接型式的遮帘桩码头结构形式为最优方案,推荐设计采纳。     

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。     

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。     

板桩墙上土压力和水压力的计算

在进行挡土结构的设计时，首先须计算作用在结构上的土压力和水压力。力的大小主要取决于挡土结构的高度，土的性质和地下水位。例如基坑支护结构，墙后土体常常是饱和的，存在静水压力，甚至存在渗流的影响，在这些情况下，计算挡土结构上的土压力和水压力。     

全遮帘式板桩码头结构遮帘桩合理桩间距确定

遮帘桩桩间距的确定是设计中的一个重要方面,桩间距过小,则浪费材料,经济上不合理,若桩间距过大,则土拱效应得不到良好的发挥,其遮帘效应亦不明显。在确定遮帘桩桩间距时,假定土拱厚度与遮帘桩正面及侧面宽度均有关进而确定土拱厚度,利用土拱合理拱轴线和拱脚土体破坏面的特征,通过桩间土拱静力平衡及强度控制条件得到两种条件下的桩间距计算方程,据此得出遮帘桩的合理桩间距的计算方法,并应用于全遮帘式板桩码头工程。同时,采用三维有限元数值分析确定的合理桩间距大小,与所提出方法的计算结果较为吻合,证实了该方法的可行性、合理性,其成果可供类似工程参考。     

悬臂式板桩墙体中间土压力系数的确定

运用ANSYS弹塑性有限元应用软件,对深基坑悬臂式板桩墙支护模型上的土压力进行了分析计算,并通过Matlab用二项式沿板桩墙深度方向进行拟合,得到二项式表达式,最后计算得出了中间土压力系数。     

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。     

桩锚支挡结构体系挡板土压力试验研究

以重庆地区常见的桩锚枝挡结构体系挡板上土压力为研究对象,采用室内模型试验方法,定性的分析了挡板上土压力分布规律,并将其与经典土压力理论计算结果作对比,从而指出了经典土压力理论在桩锚支挡结构体系挡板土压力计算中的不适用性。     

高填黄土明洞卸载结构土压力模型试验和数值模拟分析

通过模型试验,研究了高填黄土明洞不同卸载结构的土压力、土体位移随填土高度的变化规律。试验结果表明,边坡的摩擦上提作用、低压实土产生的土拱效应以及土工格栅变形后的"提兜"作用均能够引起明洞洞顶土压力的减小,其中,低压实土+土工格栅卸载结构卸载率最大;卸载结构不同,明洞顶平面土压力分布规律不同,SY0和SY1在1倍明洞宽度范围内的土压力近似为梯形分布,大于1倍明洞宽度的土压力基本保持不变,近似为均匀分布,SY2~SY5明洞中轴线到0.75倍明洞宽度处,土压力基本保持一致,大于0.75倍明洞宽度的土压力呈先增大后减小的趋势。随后对试验过程进行了数值模拟分析,两者结果较为吻合。最后探讨了土拱效应形成机理,从而为高填明洞土压力卸载技术的进一步研究提供科学依据。     

钢板桩围堰设计的土压力计算方法探讨

为了分析作用在钢板桩围堰上的土压力大小,以新建阜阳至六安铁路颍河特大桥深水基础钢板桩围堰施工实践为例,通过建立钢板桩、内支撑和土体相互作用的三维整体有限元模型,分析了钢板桩围堰施工过程中土体的应力状态、土压力大小及其发展变化规律。研究结果表明：钢板桩围堰施工过程中,周围土体没有达到极限平衡状态;作用在钢板桩围堰外侧的土压力介于主动土压力和静止土压力之间,并靠近静止土压力;而作用在钢板桩围堰内侧的土压力介于静止土压力和被动土压力之间,并靠近静止土压力;考虑到钢板桩围堰工作状态的土压力难以准确确定,建议设计计算时钢板桩围堰内外土压力均采用静止土压力,计算结果偏于安全。     

不同填土管涵土压力模型试验和数值模拟研究

管涵土压力作为管涵结构设计中的主要恒定荷载,其作用模式的确定是研究的重点。通过开展三种不同填土工况(碎石、粉土、黏土)下的管土相互作用足尺物理模型试验,得到不同填土工况下马蹄形管涵土压力的作用模式,并对比填土类型对管涵土压力的影响。结果表明:试验条件下,粉土工况的管顶土压力集中效应表现最强,黏土工况最弱,碎石工况介于中间。同时采取有限元软件对模型试验进行模拟分析,与试验结果较为吻合,从而为管涵土压力的进一步研究提供科学依据。     

深基坑护壁桩的受力特性和土压力

根据成都锦阳商厦深基坑护壁桩的实测钢筋应力和利用钢筋应力求得的桩身弯矩,分析了桩的变形状态,发现桩顶的圈梁对桩有明显的约束作用,使护壁桩的受力完全不同于上端自由的直立杆件。利用桩身弯矩对坑底以上桩侧土压力的分布和大小进行了反分析,所得结果与经典土压力理论有显著差别。     

基于Rankine模型的墙体位移–土压力近似计算

墙体位移是影响土压力的核心要素。根据Rankine土压力模型,以试样在单剪试验中的剪切过程近似模拟墙后土体由静止进入极限状态的历程,构建土体剪应变与墙体位移在等极限应变条件下的几何方程和基于点应力状态的剪应力与土压力平衡方程,结合以双曲线表达且与几何方程相匹配的剪应变–剪应力理想非线弹塑性物理模型,建立综合反映土体变形与强度特性及初始应力状态影响的墙体位移–土压力函数关系,讨论极限状态下墙体位移的主要影响因素。分析表明:静止与被动(或主动)状态之间的墙体位移–土压力曲线是土体应力–应变特性的宏观体现,两者随变形的增加呈现出相似的变化规律;主动(或被动)状态下的墙体位移随土体极限剪应变、滑移区范围的增加而增大,随静止土压力系数的降低而减小(或增大);工程设计常用力学指标下的粗细粒土进入主动状态时,墙体位移与墙高之比为0.6‰~15.0‰,被动时为-0.5%~-5.9%,理论分析与相关文献模型试验结果吻合。     

指数位移土压力模型的改进及应用

介绍了指数位移土压力模型,考虑到基坑开挖中影响土压力的众多因素,对指数位移土压力模型进行了改进,并结合工程实例进行计算,计算结果表明,改进后的模型与实际吻合较好。     

加筋土挡墙土压力及土压力系数分布规律研究

通过对加筋土挡墙大型模型试验土压力测试分析,提出加筋土挡墙的土压力系数应区分为填土自重土压力系数和超载土压力系数。自重土压力系数在墙顶为主动土压力系数,至墙底为静止土压力系数,其间按直线规律变化;超载土压力系数随超载的大小而变化,按从小到大的顺序分别取值Ka,2Ka,2.5Ka和3Ka,它们沿墙高均近似取为常数。土压力系数与土压力数值大小的变化规律相一致。