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原文传递高桩码头叉桩破损原因分析信修复加固技术研究

论文题名：	高桩码头叉桩破损原因分析信修复加固技术研究
关键词：	高桩码头;叉桩破损;加固方案
摘要：	在天津港高桩码头的原型观测工作中,发现码头前承台叉桩出现了不同程度的破损现象。叉桩破损会降低码头的水平承载力,对码头的安全作业造成较大威胁。在码头管理实践中,叉桩破损对结构安全的影响程度、叉桩的破损原因以及经济、合理、有效的修复加固方案等问题是需要深入研究的。　　现场对叉桩进行了全面检测和重点检测,包括外观检测、码头变形观测、混凝土强度测试、混凝土氯离子扩散检测、锈蚀钢筋断面损失检测等;检测结果表明:叉桩破损的位置在距桩帽底50 cm的范围以内;叉桩的破损形式属于受力破损而非耐久性破坏,而且叉桩破损形态为裂缝开展的受拉破坏,局部地区还出现了混凝土压碎现象;叉桩破损的规律等。根据检测评估得出:码头叉桩的断裂,其对应结构段的安全性等级为C级、使用性等级为B级、耐久性等级为C级;故根据规范要求亟需对码头进行修复、加固处理。　　首先对高桩码头上部结构受力和桩土相互作用对叉桩受力的影响进行总结,并结合现场调查的荷载变化情况,得到了影响叉桩受力的外荷载:码头前沿浚深、岸坡回淤、水平力(撞击力或系缆力)、后承台及后方堆场竖向荷载。　　其次,研究了水平荷载的排架分配系数。影响高桩码头排架分配系数的因素很多,本文通过高桩码头结构段的物理模型和有限元模型研究,得到了码头面板竖向荷载与排架刚度、排架分配系数之间的关系,得到了撞击力作用点对排架分配系数的影响,并建立了排架最不利分配系数的加载有限元模型。　　通过现行规范无法得到叉桩破损的真实原因,文章在理论上探讨土体本构模型及接触单元本构、算法的基础上,结合有限元知识,建立了高桩码头结构与土相互作用的有限元计算模型,计算得到了叉桩在不同工况荷载下桩顶的受力情况;通过分析表明:叉桩破损的机理是桩顶承受较大的弯矩而发生大偏心受压破坏。本文结合正交分析和敏感度的方法对影响桩体正截面受力的因素进行分析得到:影响桩体破损的主要外力荷载为船舶撞击力及系缆力,以及叉桩的最不利受力工况。　　钢筋混凝土的计算理论及有限元知识说明,分离式的钢筋混凝土有限元模型便可揭示钢筋和混凝土之间相互作用的微观机理,而弥散式的裂缝模型能比较准确预测裂缝的区域及有效估算构件开裂对应的荷载。所以利用上述方法建立钢筋混凝土有限元模型,计算了桩体在最不利工况下的内力状况,验证了叉桩的破损特征(大偏心受压破坏);并得到了直桩、向岸斜桩、向海斜桩的破损规律。　　对叉桩的修复加固是工程界中十分关心的问题,根据叉桩的破坏机理,本文提出了2种修复加固方案,即加大桩帽法和局部外包桩体法,并分别对这2种方案的加固效果进行了数值计算分析。加大桩帽法对桩体只有维修的作用,不能起到加固的作用,因为其桩顶承受的弯矩会随着桩帽的加大下移至新的桩顶,原桩体承受最大弯矩的状态没能得到改善;局部外包法对桩体有一定的加固作用,并通过计算得到了最佳的加固尺寸,即外包的宽度和长度。
作者：	熊洪峰
专业：	港口、海岸及近海工程
导师：	赵冲久
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文