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摘 要：应用数值分析的方法研究不同土体强度下大直径管桩码头结构的地震响应影响。分析表明，在多数大管桩桩尖进入岩层的条件下，其上层土体的强度对于大管桩码头地震响应的影响还是很明显的。当上层土体的强度得到增强时，由地震所引起的桩土位移以及施加在各个桩身上的最大正负弯矩明显减小。其研究结果可为一般场地条件下大直径管桩码头的设计提供参考依据。
关键词：土体强度；大管桩码头；地震响应；数值分析
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.116
0 引言
大直径管桩码头是一种单由高强度预应力混凝土管桩 [1]建造的不设叉桩的新型高桩码头。对于高桩码头，连竟和宋向群 [2]分析了高桩码头的自由振动特性，并按反应谱方法给出了计算水平地震惯性力和惯性矩的解析表达式；李悦 [3]等通过对2003年日本宫城县冲7.0级地震中大船渡高桩码头和阪神大地震中高桩码头破坏的震害调查，发现在地震惯性力作用下码头岸坡产生较大的变形，做出了高桩码头的震害分析并提出了抗震措施；然而这些研究还是不够的且不全面的，特别是对大管桩码头的抗震分析不但方法传统且鲜有更新。为此，本文基于ABAQUS [4]有限元分析软件，以妈湾5号泊位 [5]为对象，研究不同土体强度对大管桩码头的地震响应的影响，以期为大管桩码头的建造设计提供理论依据。
1 数值分析模型
1.1 工程概况
以妈湾5号泊位为研究对象，如图1所示。码头顶面标高+5.31m，底标高-17.0m。码头首次采用直径为1.4m和1.2m的全直桩大管桩的设计方案。该工程大部分地段的地基土层较好，虽局部地段有淤泥质黏土夹层，但作为大管桩主要持力层的强风化岩埋藏深度适中，而该码头主要桩长在31～42m之间，且都能嵌入巖层。
1.2 数值分析模型及参数选取
码头平台、大管桩均采用实体单元，具体数值见表1，土体采用Mohr-Coulomb强度模型，采用四节点缩减实体单元（CPE4R）模拟。在该模型中，土体简化为两层，上层（0～32m）分别为均质的软土、硬土以及普通土，下层（32～88m）始终为岩层不变。同时为取得较好的土—结构响应效果，设置模型底部，即88m以下区域为无限元部分。本文采用瑞利阻尼模拟材料阻尼，可以在设置材料的模块里直接定义 [6]，土体的阻尼比及阻尼系数计算参考陈国兴 [7-8]的成果，具体数值见表1。
在码头下方50m处输入典型Kobe地震加速度时程，通过对比软土、普通土、硬土三种工况，分析不同土体强度对大直径管桩码头结构地震响应的影响。
2 结论
当大部分大直径管桩码头的桩尖插入岩层时，在同等强度的地震作用下：
（1）增强上层土体强度，可明显减小桩土及桩身的水平位移；
（2）增强上层土体强度，桩身所受到的最大正负弯矩相应减小；
（3）随着土体强度增大，桩间土压力有所增大，但对桩身的压、弯影响并不明显。
参考文献：
[1]阮起楠.预应力混凝土管桩.北京：中国建材工业出版社，2002.
[2]连竟，宋向群.高桩码头地震惯性力计算[J].海洋工程，1992，10（02）：63-71.
[3]李悦.宋波.高桩码头震害分析及减震措施[J].水道港口.2006，27（02）：101-104.
[4]费康，张建伟.ABAQUS在岩土工程中的应用[M].北京：中国水利水电出版社，2013：53-57.
[5]沈迪州，丁建军，方育平.妈湾5号泊位大管桩码头设计及结构特点[期刊论文]-中国港湾建设，2004（06）.
[6]蒋建平，刘春林，蒋宏鸣等.基于ABAQUS的板桩码头地震动力响应研究[J].水运工程，2013（06）：40-45.
[7]陈国兴，王志华，左熹等.振动台试验叠层剪切型土箱的研制[J].岩土工程学报，2010，32（01）：89-97.
[8]陈国兴.岩土地震工程学[M].北京：科学出版社，2007.
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