高桩码头整浇装配式直桩节点抗震性能有限元分析

论文摘要

港口码头在国民经济和社会发展中占有重要地位。港口中断会造成巨大的经济损失和社会影响。国内外的震害表明,高桩码头的结构破坏十分严重。迫切需要采取有效措施提高码头的抗震性能。目前国内外通常采用提高直桩节点抗震承载力的方法来改善高桩码头的抗震性能。但是在提高直桩节点的抗震承载力的同时,直桩节点的刚度变大,从而使直桩节点的水平地震力增大,对直桩节点产生不利的影响。针对高桩码头抗震设计存在的问题,本文根据“削弱直桩节点的抗弯刚度,提高叉桩节点抵抗水平地震力的能力,通过叉桩和土的相互作用消耗地震能量,从而达到提高高桩码头的整体抗震能力”的这一高桩码头抗震设计思想,提出了一种整浇装配式直桩节点,利用ANSYS有限元对这种节点进行模拟抗震实验的单调加载和低周反复加载的有限元分析,探讨这种整浇装配式直桩节点的抗震性能和破坏机理,为这种直桩节点的抗震试验研究作前期准备工作和提供一些有价值的参考意见。本文主要的研究工作如下:1.根据“削弱直桩刚度,加强叉桩,依靠叉桩与土的相互作用耗能”的这一高桩码头抗震设计思想,提出一种整浇装配式直桩节点的设计方案,并提出了这种直桩节点的试验设计模型和抗震试验方案。2.对这种直桩节点的试验模型进行模拟抗震试验的ANSYS有限元分析,探讨了这种直桩节点的抗震性能和破坏机理。3.对直桩节点进行模拟抗震试验的ANSYS有限元分析中,还探讨了有限元模型中直桩与桩帽接触面混凝土摩擦系数对直桩节点有限元分析结果的影响。4.对这种采用不同的桩帽配箍率、桩帽混凝土强度、桩芯配筋率和直桩嵌固长度的直桩节点分别进行低周反复加载的有限元分析,对比研究这些设计参数对直桩节点的抗震性能的影响。5.本文根据有限元分析结果提出了改善直桩节点抗震性能的措施,这能为以后进行的直桩节点试验研究提供参考。有限元分析结果表明:本文提出的整浇装配式直桩节点满足整浇装配式高桩码头的抗震设计要求,满足与叉桩协同工作的要求,能够有效地提高整浇装配式高桩码头的抗震性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究综述
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究目的及意义
• 1.4 本文研究工作的主要内容
• 第2章 整浇装配式直桩节点试验方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 整浇装配式直桩节点设计方案
• 2.2.1 直桩节点设计思想
• 2.2.2 直桩节点设计
• 2.2.3 整浇装配式直桩节点施工方案
• 2.3 直桩节点试验设计方案
• 2.3.1 试验试件设计方案
• 2.3.2 试验方法
• 2.3.3 试验装置
• 2.3.4 试验加载程序
• 2.4 抗震性能评价指标
• 2.4.1 骨架曲线
• 2.4.2 滞回曲线
• 2.4.3 延性
• 2.4.4 强度退化和刚度退化
• 2.4.5 耗能能力
• 2.5 小结
• 第3章 直桩节点有限元模型的建立
• 3.1 引言
• 3.2 钢筋混凝土有限元模型的选择
• 3.3 单元选择
• 3.3.1 混凝土单元
• 3.3.2 钢筋单元
• 3.3.3 接触单元
• 3.4 混凝土的本构关系及破坏准则
• 3.4.1 本构关系
• 3.4.2 破坏准则
• 3.5 钢筋与混凝土本构关系的选择
• 3.5.1 混凝土本构关系的选择
• 3.5.2 钢筋本构关系的选择
• 3.5.3 材料特性
• 3.6 直桩节点几何模型的建立
• 3.7 网格划分
• 3.7.1 生成钢筋混凝土单元
• 3.7.2 生成接触单元
• 3.8 边界条件及加载方式
• 3.9 求解控制
• 3.10 小结
• 第4章 直桩节点的有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 接触面摩擦系数取值的影响
• 4.2.1 摩擦系数的取值分析
• 4.2.2 桩侧摩擦系数取值的影响
• 4.2.3 桩顶摩擦系数取值的影响
• 4.2.4 结论
• 4.3 直桩节点单调加载有限元分析
• 4.3.1 力—位移关系曲线
• 4.3.2 节点屈服变形和延性
• 4.3.3 裂缝的开展
• 4.3.4 桩帽钢筋应力分布
• 4.3.5 桩帽、桩芯、直桩第一主应力分析
• 4.4 直桩节点低周反复加载有限元分析
• 4.4.1 节点低周滞回性能
• 4.4.2 桩帽箍筋应力分布
• 4.4.3 桩帽第一主应力分布
• 4.5 小结
• 第5章 直桩节点设计参数对抗震性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 桩帽水平环形箍筋配筋率的影响
• 5.2.1 单调加载有限元分析
• 5.2.2 低周反复加载有限元分析
• 5.3 桩帽U形箍筋配筋率的影响
• 5.3.1 单调加载有限元分析
• 5.3.2 低周反复加载有限元分析
• 5.4 桩帽混凝土强度的影响
• 5.4.1 单调加载有限元分析
• 5.4.2 低周反复加载有限元分析
• 5.5 桩芯纵筋配筋率的影响
• 5.5.1 单调加载有限元分析
• 5.5.2 低周反复加载有限元分析
• 5.6 直桩嵌固长度的影响
• 5.6.1 单调加载有限元分析
• 5.6.2 低周反复加载有限元分析
• 5.7 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间公开发表的论文
• 攻读硕士学位期间参与的研究课题
• 致谢