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高桩码头地震响应非线性有限元分析，硕士学位论文，共86页，32822字。
摘要
自1978年改革开放以来，我国一直处于基础设施建设的高峰期。一大批水利、交通和土木工程设施相继建成，作为陆域和海洋交通运输纽带的港口工程也不例外。高桩码头作为一种常用的码头结构型式，广泛应用于我国港口建设。国内外震害显示，高桩码头遭受地震后，结构破坏十分严重。开展高桩码头结构抗震问题的研究，对保证高桩码头结构安全和减少经济损失，具有十分重要的意义。本文利用ABAQUS对高桩码头抗震性能进行研究，主要内容如下：
（1）为了了解高桩码头在强震作用下的内力及变形，利用ABAQUS软件建立高桩码头结构三维模型，采用Drucker-Prager准则模拟岸坡土体，考虑钢筋弹塑性特性，利用塑性损伤模型模拟混凝土，采用埋入单元模拟两者间接触作用，利用时程分析方法对高桩码头模型展开非线性地震响应分析。得出高桩码头结构在不同地震作用下码头面板水平位移响应、桩身弯矩和剪力分布情况，总结结构应力和土体残余位移规律。分析比较不同地震波对码头整体结构的受力影响效果，寻找考虑线性材料和非线性材料两种模拟计算结果的异同，并总结分析规律。结果显示：高桩码头结构中桩和岸坡土体的交界处和桩顶为弯矩、剪力、应力最大位置，最先达到塑性状态。同时，考虑材料线性和非线性的桩身内力差距较大，差值幅值范围在9.0%-72.2%。考虑材料非线性对优化高桩码头结构设计和准确计算抗震能力是十分重要的。
（2）采用控制变量法，通过比较高桩码头结构的水平位移响应和桩身内力确定岸坡土体强度和斜桩的布置对码头结构抗震性能的影响效果。研究显示，增加土体强度能有效降低高桩码头的水平位移响应和桩身内力，土体强度提高一倍后码头面板的水平位移、弯矩和剪力降低了大概11.2%-27.8%。斜桩的布置能有效降低高桩码头的水平位移，斜桩码头的水平位移仅为全直桩码头的2/3，同时对桩身内力的降低也有明显效果，但却增大了码头土体的残余位移，这对于震后修复重建工作十分不利。
（3）为探究桩基个数对高桩码头抗震性能的影响，在原有码头结构基础上各减少、增加一根桩，得到5桩和7桩码头结构，分别对这两种码头结构进行非线性时程分析。对比分析结果显示：桩基个数从5根增加到7根后，结构刚度得到提高，码头水平位移、桩身内力均减小了约1/3。
关键词：高桩码头；抗震性能；弹塑性时程分析；桩土相互作用

目 录
摘 要 I
Abstract II
1 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 4
1.3 本文研究内容 6
2 高桩码头抗震性能有限元分析原理 8
2.1 引言 8
2.2 高桩码头有限元分析方法和本构关系 8
2.2.1混凝土的非线性动力特性和本构模型 8
2.2.2钢筋的非线性动力特性和本构模型 11
2.2.3土体的非线性动力特性和本构模型 12
2.2.4桩土相互作用的接触非线性 17
2.3 阻尼的设置 20
2.4 高桩码头桩-土动力分析的网格划分方法 20
2.5 动力平衡方程的积分方法 20
2.5.1隐式动力平衡方程积分法 20
2.5.2显式动力平衡方程积分法 23
2.6 本章小结 24
3 考虑桩-土相互作用和材料非线性的高桩码头抗震分析 26
3.1 引言 26
3.2 计算模型 27
3.3 分析步与荷载 29
3.4 计算结果与分析 32
3.4.1自振频率和周期 32
3.4.2码头面板动力响应 34
3.4.3桩身加速度和弯矩 38
3.4.4桩身剪力 45
3.4.5结构应力 51
3.4.6岸坡土体残余位移 56
3.5 本章小结 59
4 高桩码头结构影响因素参数化分析 61
4.1 土体强度的影响 61
4.1.1码头面板位移响应 61
4.1.2桩身内力 62
4.1.3结构应力 64
4.2 码头结构型式的影响 65
4.2.1斜桩的影响 65
4.2.2桩基个数的影响 68
4.3 本章小结 72
5 结论与展望 72
5.1 结论 73
5.2 展望 74
参 考 文 献 75
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 78
致 谢 79
大连理工大学学位论文版权使用授权书 80