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《长沙理工大学》 2010年 硕士论文
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大型沉箱码头的非线性动力反应分析

王松  
【摘要】: 近些年随着国民经济的发展,各大港口吞吐量逐渐的增加,与之相对应的是对港口码头设施及结构的要求越来越高,大型码头越来越多的出现,其中大型沉箱结构的码头在沿海地基情况较好的地区应用很广泛,一直以来这种大型化的码头结构形式在动力稳定性上未受到重视,但随着95年阪神大地震导致大量的沉箱码头破坏,人们逐渐开始关注其抗震性能,并展开了研究。 本文在现行《水运工程抗震设计规范》(JTJ225-98)的基础上,以神户港沉箱码头为背景,运用二维平面应变有限元模型对其进行了详细的地震响应计算分析。包括沉箱结构惯性力标准值、动水压力标准值、加速度系数分布曲线,抗倾和抗滑稳定验算等,并与现行规范结果进行了比较,为现行规范提供技术建议,同时对其进行应力、应变、变形的数值分析。主要工作和研究成果如下: 1.概述了神户港沉箱码头工程背景,给出了现行规范中关于沉箱式码头抗震所采用的计算方法及计算结果。 2.运用ANSYS软件对沉箱码头进行了静力作用下的受力分析,得出其在地震之前的初始变形及应力。 3.在ANSYS软件中,对刚性地基下沉箱码头进行3条地震波工况下的地震响应计算分析。得到惯性力标准值、动水压力标准值、抗倾覆稳定性校核及抗滑移稳定性校核等。并与拟静力分析得到的结果比较。同时计算出沉箱码头的应力应变分布情况。最后将得到的加速度分布系数曲线与规范建议的曲线进行对比。 4.对场地进行地震反应分析,通过对结果分析得出地震波在由基岩向地表面传播的过程中逐渐被放大。同时找出其地震下的卓越周期,并与刚性地基下的沉箱码头的基本周期比对,排除发生共振的可能。此外还得出能量主要集中于低频,高频加速度反应被削弱。 5.在无质量地基下对沉箱码头进行动力分析,得出其在地震作用下的受力和变形,找出危险部位。之后得出沉箱后壁随高度的加速度分布系数变化规律,相比于刚性地基的条件下,加速度分析系数随高度明显增加缓慢。 6.在ANSYS程序中,通过在人工截断边界上加COMBIN14单元实现粘弹性人工边界的施加,并通过其与刚性地基、无质量地基及大边界条件结果的对比,考察四种边界条件的精度。计算了考虑粘弹性人工边界条件下的重力式沉箱码头的地震响应结果,得到沉箱码头及地基后方填土整体应力应变分布情况。 7.本文计算结果表明:现行规范采用的拟静力法对沉箱码头结构进行稳定验算是可行的,同时对于大型码头,可以兼顾采用数值模拟的方法进行校核,具有工程价值。


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