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液化侧扩流场地高桩码头桩-土-结构体系离心机试验与数值模拟分析
| 论文题名： | 液化侧扩流场地高桩码头桩-土-结构体系离心机试验与数值模拟分析 |
| 关键词： | 高桩码头;桩基础;动力响应;荷载传递规律;液化侧扩流场地 |
| 摘要： | 高桩码头因为构造简单、可承受较大荷载、对波浪的减弱效果好，并且适用于沿海地区分布较广的软土地基，在我国港口工程中已应用相当广泛。然而，在历次破坏性地震中，沿海港口地区由于工程地质条件原因，容易出现液化侧扩流现象，造成大量的高桩码头破坏。因此，针对液化侧扩流场地桩基的抗震研究已成为岩土抗震领域的一项关键问题，为了提高我国建筑物的抗震能力和减轻地震损失，有必要对该问题进行深入研究。 本文以液化侧扩流场地高桩码头为研究对象，采用单桩基础离心机试验和有限元分析，深入研究了液化侧扩流场地高桩码头的动力响应及其荷载传递规律，主要工作如下： (1)液化侧扩流场地高桩码头桩-土-结构体系离心机试验。基于国内外高桩码头桩基震害记录和以往模型试验资料，在场地中设置了1∶5的斜坡用于触发液化侧扩流，成功开展了1/50缩尺的液化侧扩流场地单桩基础离心机试验，并对自由场孔压、加速度、桩身弯矩、土体位移等试验结果进行了分析。研究发现，随着松砂层的逐渐液化，带动黏土层一起向海侧运动发生了较大的侧向位移，在土层交界处出现了桩身最大弯矩，建议进行高桩码头桩基抗震设计时应重点关注该处的抗弯能力。 (2)液化侧扩流场地高桩码头桩-土-结构体系数值模拟分析。在桩－土－结构体系离心机试验的基础上，采用Gid和OpenSees有限元软件，建立了液化侧扩流场地桩-土-结构体系二维数值分析模型。建模时首先考虑了饱和土体本构模型和土体单元的选取，并介绍了自由水体的模拟方法、桩基和上部结构的模拟、边界条件的设置以及计算步序等问题。模型中桩基采用弹性梁柱单元，并用p-y弹簧和t-z弹簧连接桩基和土体单元；边界条件设置时选用自由场边界以减小波反射的影响。其次，绘制模型重力分析时的响应云图，确保模型初始状态的准确性。最后，对比分析离心机试验结果和动力分析结果，验证了二维数值分析模型的可靠性。 (3)液化侧扩流场地高桩码头单桩基础荷载传递规律研究。针对高桩码头桩－土－结构体系间的荷载传递行为，主要考虑了土体位移、惯性荷载和运动荷载的关系。首先，对高桩码头桩－土－结构体系开展了力学分析，通过桩身总剪力和惯性荷载反算得到作用在桩上的运动荷载，并利用液化侧扩流场地高桩码头桩－土－结构体系有限元模拟结果，分析了桩身位移、桩身总剪力、峰值惯性荷载和峰值运动荷载的对应情况。此外，利用所建有限元模型，针对上部结构质量、桩身刚度、黏土层强度对于惯性荷载和运动荷载组合的影响进行了参数分析。 |
| 作者： | 张梦子 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 孔璟常 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 烟台大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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