重力式码头结构加固与改造技术的研究

论文摘要

码头结构加固与改造是通过对在役老码头进行检测、评估、加固及改造等技术措施，恢复受损码头结构的原有功能并满足其使用要求，或者提高已有码头结构的承载力和稳定性以满足结构荷载增加及使用功能改变等要求。随着一批老码头达到设计使用年限，以及船舶大型化、专业化发展趋势迅猛，我国港口工程即将进入大规模的码头结构加固改造时期。然而，目前国内对码头结构加固改造的研究较少，尤其是重力式码头结构加固改造的设计理论和计算方法远落后于工程实践。本文利用理论分析和有限元数值模拟方法针对重力式码头结构加固与改造技术开展了一系列研究工作，主要研究内容和结论如下：1.分析了码头结构加固改造的研究现状及应用前景，找出目前研究中亟待解决的关键问题，并通过分析指出码头结构加固改造是十分必要并且可行的。2.对目前各种码头结构加固改造型式的优缺点及适用条件进行总结分析，提出码头结构加固改造应遵循的原则，并通过分析选取优点突出且具有普遍适用性的增加桩基加固法作为研究对象。3.分析了桩基-重力式复合结构的组成及特点，对其进行受力分析并选择合适的计算理论，主要包括土压力计算理论和桩基承载力计算理论。4.根据桩基-重力式复合结构在极限状态下的受力平衡，建立了基于重力式结构稳定性验算模式的抗滑移、抗倾覆稳定性简化计算方法；同时在现有规范的稳定性计算方法基础上推导出适用于桩基-重力式复合结构的规范修正法。5.利用有限元法对桩基-重力式复合结构进行分析，以ANSYSWorkbench有限元分析软件为平台，建立了复合结构的三维弹塑性有限元模型，主要包括结构及土体本构模型的选取、接触面的模拟、计算域的选取、边界条件的定义及网格划分等关键问题。6.以烟台港莱州港区8号泊位为工程实例，根据工程条件和设计要求将原重力式结构加固改造成桩基-重力式复合结构，并分别利用本文提出的稳定性计算方法和有限元数值模拟方法对加固改造前后的码头结构进行分析计算。分析结果表明桩基-重力式复合结构受力明确，两种结构型式能够很好地协同工作、共同受力，通过增加桩基能够有效减小码头结构的位移、应力和底部滑移，显著提高码头结构的稳定性和承载力。7.将本文的研究成果加以总结形成结论，为工程应用和后续研究提供指导和借鉴，并在新老结构结合处、应力集中部位、优化分析、物理模型试验、原型观测、施工工艺等方面为后续研究提出了合理建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 船舶大型化、专业化对码头泊位提出新的要求
• 1.1.2 码头超能力靠泊作业及其危害
• 1.1.3 码头靠泊能力核查
• 1.1.4 码头结构加固改造
• 1.2 码头结构加固改造的必要性及可行性分析
• 1.2.1 码头结构加固改造的必要性
• 1.2.2 码头结构加固改造的可行性
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 码头结构加固改造研究的发展
• 1.3.2 目前研究中亟待解决的问题
• 1.4 本文主要研究工作
• 1.4.1 本文的主要研究内容
• 1.4.2 本文的创新点
• 1.4.3 本文的研究意义
• 2 重力式码头结构加固改造型式分析比选
• 2.1 重力式码头的结构组成及特点
• 2.2 码头结构加固改造型式的分析
• 2.2.1 现有的码头结构加固改造型式
• 2.2.2 重力式码头结构加固改造型式的分类
• 2.2.3 重力式码头结构加固改造型式分析比较
• 2.3 码头结构加固改造型式的选取原则
• 3 桩基-重力式复合结构及其计算理论
• 3.1 桩基-重力式复合结构型式
• 3.1.1 桩基-重力式复合结构的组成及特点
• 3.1.2 桩基的选型
• 3.2 桩基-重力式复合结构的受力分析
• 3.3 土压力的计算理论
• 3.3.1 Rankine土压力理论
• 3.3.2 Coulomb土压力理论
• 3.3.3 工程常用土压力计算公式
• 3.4 嵌岩桩竖向承载力和水平承载力计算理论
• 3.4.1 嵌岩桩竖向承载力
• 3.4.2 嵌岩桩水平承载力
• 4 桩基-重力式复合结构的稳定性分析
• 4.1 抗滑移稳定性简化计算方法
• 4.1.1 基本思路及假定
• 4.1.2 简化模型的具体建立
• 4.2 抗倾覆稳定性简化计算方法
• 4.2.1 基本思路及假定
• 4.2.2 简化模型的具体建立
• 4.3 规范修正法
• 4.3.1 分项系数与设计表达式
• 4.3.2 抗滑移稳定性规范修正法
• 4.3.3 抗倾覆稳定性规范修正法
• 4.4 基床承载力和地基承载力验算
• 4.5 小结
• 5 桩基-重力式复合结构的有限元分析
• 5.1 有限元法基本原理
• 5.2 ANSYSWorkbench简介
• 5.3 桩基-重力式复合结构的有限元模型
• 5.3.1 结构及土体的本构模型
• 5.3.2 结构与土体接触模拟
• 5.3.3 计算域的选取及边界条件
• 5.3.4 计算单元的选取及网格划分
• 5.3.5 施加荷载求解
• 5.3.6 结果及后处理
• 6 桩基-重力式复合结构的工程应用分析
• 6.1 工程背景与概况
• 6.2 工程水文及地质概况
• 6.2.1 水文条件
• 6.2.2 地质条件
• 6.2.3 地震
• 6.2.4 其他设计条件
• 6.3 重力式码头结构加固改造设计
• 6.4 重力式码头结构加固改造的有限元分析
• 6.4.1 有限元分析的基本假定
• 6.4.2 结构的有限元模型
• 6.5 有限元分析计算结果
• 6.5.1 结构位移场分析计算结果
• 6.5.2 结构应力场分析计算结果
• 6.5.3 接触分析计算结果
• 6.5.4 加固改造对结构承载力的影响
• 6.6 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 存在的问题及今后工作的建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 攻读学位期间参加的科研项目
• 攻读学位期间所获主要奖励