本发明专利技术提供了一种钢管桩高桩码头损伤判定方法，其主要包括以下步骤：1)确定高桩码头几何结构参数、材料参数和桩身土层参数，并选取典型横断面，将码头结构简化为二维受力分析模型；2)利用等效固结法简化桩土相互作用并计算等效固结深度；3)根据桩身几何参数和材料参数计算桩屈服弯矩；4)将屈服弯矩结合力矩分配法计算得到出现首个塑性铰时的桩顶水平位移；5)以该水平位移值作为钢管桩高桩码头是否损伤的判定阈值。本发明专利技术具有操作简单，计算便捷等优点，且本发明专利技术能为高桩码头抗震设计提供通用计算理论，具有较强的工程适用性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高桩码头结构抗震设计分析中的位移能力分析领域，具体涉及一种钢管桩高桩码头损伤判定方法。
技术介绍
1、码头作为重要的港口设施之一，对于维持港口的正常运营必不可少。码头结构除承受其自身重力、堆货荷载、起重运输机械荷载、船舶荷载、波浪力等荷载外，对于处于地震区的码头，还要遭受地震作用。国内外近年来的港口工程震害表明，码头结构在地震作用下易于遭到破坏，并会带来极大的直接和间接经济损失。因此，在地震作用下，判定码头结构是否损伤显得十分重要。
2、目前广泛利用大型有限元软件对码头结构进行数值建模，并采用pushover方法进行码头的位移能力分析，以此判定码头是否出现损伤。
3、采用pushover分析需要有限元软件建模，该过程耗费时间长，且不确定性众多。材料参数选取的不确定性、软件计算原理的不确定性和操作人员技术水平的不确定性等都会对最终的模拟结果产生直接影响。不仅模拟结果精确度有可能会无法得到保证，而且会耗费大量人力和时间。
技术实现思路
1、为了解决上述
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出了一种钢管桩高桩码头损伤判定方法，其通过简化桩土相互作用来建立高桩码头结构力学模型，有助于分析高桩码头的损伤状态与桩身的水平位移规律，从而能提高高桩码头抗震设计分析的理论应用水平，为高桩码头结构桩身水平位移的计算提供理论基础。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种一种钢管桩高桩码头损伤判定方法，其特征在于，所述简化方法主要包括以下步骤：
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p>3、1)确定高桩码头几何结构参数、材料参数和桩身土层参数，并选取典型横断面，将码头结构简化为二维受力分析模型；4、2)利用等效固结法简化桩土相互作用并计算等效固结深度；
5、3)根据桩身几何参数和材料参数计算桩屈服弯矩；
6、4)将屈服弯矩结合力矩分配法计算得到出现首个塑性铰时的桩顶水平位移；
7、5)以该水平位移值作为钢管桩高桩码头是否损伤的判定阈值。
8、所述钢管桩高桩码头损伤判定方法，其中，所述步骤1)中二维受力分析模型的简化过程为：
9、1.1)选取典型横断面；
10、1.2)将梁、板、桩结构简化成线；
11、1.3)梁、板、桩结构交点设为固结；
12、1.4)将土体去除，以桩底固结的形式替代土对桩的作用。
13、所述钢管桩高桩码头损伤判定方法，其中：所述的步骤2)中，是将复杂的桩土相互作用以计算等效固结深度的形式转化成为纯结构的力学分析模型。
14、所述钢管桩高桩码头损伤判定方法，其中，所述步骤2)中等效固结深度的计算过程为：
15、2.1)根据桩身的几何结构参数确定桩身的换算宽度b0，计算过程如下：
16、当d≥1.0m时：b0＝kkf(d+1)；
17、当d＜1.0m时：b0＝kkf(1.5d+0.5)；
18、式中，d为桩径或垂直于水平力作用方向桩的宽度；k为平行于水平力作用方向的桩间相互影响系数，不考虑群桩效应时取1.0；kf为桩形状换算系数圆桩或管桩取0.9，方桩或矩形桩取1.0；
19、2.2)根据桩身的几何结构参数和材料参数计算桩截面抗弯刚度ei，计算如下：
20、i为截面惯性矩，常用桩身截面惯性矩如下所示：
21、矩形：
22、实心圆：
23、空心圆：
24、式中，b为矩形宽，h为矩形高，r为桩截面内径，d为桩截面外径；e为桩身材料弹性模量，可采用钢结构设计标准gb50017-2017中表4.4.8所列的参考值；
25、2.3)根据桩身的土层参数确定桩侧地基土的水平抗力系数m；
26、2.4)根据桩与面板的连接形式确定桩顶转动刚度系数η；
27、2.5)根据所述步骤2.1)-2.4)，计算等效固结深度b，计算等效固结深度b，计算公式如下：
28、b＝η*t；
29、式中，t为桩的相对刚度系数，计算公式如下：
30、
31、式中，e为桩材料的弹性模量；i为桩截面的惯性矩；b0为桩的换算宽度。
32、所述钢管桩高桩码头损伤判定方法，其中，所述步骤3)的具体过程为：
33、3.1)根据桩身几何参数计算桩身的塑性截面模量z；
34、3.2)根据高桩码头设计参数确定轴压比其中p为桩身轴力设计值，pye轴向屈服强度；
35、3.3)根据桩身材料参数确定材料期望的屈服强度fye；
36、3.4)根据所述步骤3.1-3.4)，计算桩身的屈服弯矩my，计算公式如下：
37、
38、所述钢管桩高桩码头损伤判定方法，其中：所述步骤4)的具体过程为；
39、4.1)在二维受力分析模型中，将刚臂约束施加于每根桩顶节点处；
40、4.2)在桩顶处逐次施加水平单位位移，计算每根桩顶的剪力v和弯矩值m，计算公式如下：
41、
42、
43、式中，l为桩顶至固结点长度，δ为施加的水平位移量；
44、4.3)每次施加水平单位位移后，逐个释放陆侧到海侧的桩顶刚臂约束，进行力矩分配计算陆侧桩顶弯矩m；
45、4.4)当m＝my时，停止施加水平单位位移，该水平位移值即为δy。
46、所述钢管桩高桩码头损伤判定方法，其中：所述的步骤4.3)中是采用力矩分配法计算陆侧桩顶弯矩m。
47、所述钢管桩高桩码头损伤判定方法，其中，所述陆侧桩顶弯矩m的计算过程如下：
48、4.3.1)计算各桩身、横梁和板的线刚度i＝ei/l；
49、4.3.2)计算各杆件转动刚度系数，转动刚度系数为s＝4i；
50、4.3.3)计算各横梁、板的传递系数；
51、4.3.4)计算分配系数μ，分配系数
52、4.3.5)计算分配弯矩，分配弯矩mf＝μ*(-mu)，其中mu为固端弯矩即为m1～mn，假设有n根桩；
53、4.3.6)计算传递弯矩，传递弯矩
54、4.3.7)计算桩顶弯矩，依次由1～n顺序释放每个固端弯矩，每次仅分配一根桩顶的固端弯矩，其他桩顶保持固结状态；
55、4.3.8)重复上述步骤4.3.7)进行分配计算，直至桩顶节点各边弯矩值之和为0时即完成力矩分配；
56、4.3.9)陆侧桩顶弯矩m＝mu+mf+mc。
57、采用上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：
58、本专利技术钢管桩高桩码头损伤判定方法可方便用于高桩码头位移能力的计算和快速对高桩码头损伤状态做出判定。
59、本专利技术具有操作简单，计算便捷等优点，且本专利技术能为高桩码头抗震设计提供通用计算理论，具有较强的工程适用性。
60、本专利技术通过简化桩土本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种钢管桩高桩码头损伤判定方法，其特征在于，所述简化方法主要包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的钢管桩高桩码头损伤判定方法，其特征在于，所述步骤1)中二维受力分析模型的简化过程为：
3.如权利要求1所述的钢管桩高桩码头损伤判定方法，其特征在于：所述的步骤2)中是将复杂的桩土相互作用以计算等效固结深度的形式转化成为纯结构的力学分析模型。
4.如权利要求1所述的钢管桩高桩码头损伤判定方法，其特征在于，所述步骤2)的等效固结深度的计算过程为：
5.如权利要求1所述的钢管桩高桩码头损伤判定方法，其特征在于，所述步骤3)的具体过程为：
6.如权利要求1所述的钢管桩高桩码头损伤判定方法，其特征在于：所述步骤4)的具体过程为；
7.如权利要求6所述的钢管桩高桩码头损伤判定方法，其特征在于：所述的步骤4.3)中是采用力矩分配法计算陆侧桩顶弯矩M。
8.如权利要求6所述的钢管桩高桩码头损伤判定方法，其特征在于，所述陆侧桩顶弯矩M的计算过程如下：
【技术特征摘要】
1.一种钢管桩高桩码头损伤判定方法，其特征在于，所述简化方法主要包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的钢管桩高桩码头损伤判定方法，其特征在于，所述步骤1)中二维受力分析模型的简化过程为：
3.如权利要求1所述的钢管桩高桩码头损伤判定方法，其特征在于：所述的步骤2)中是将复杂的桩土相互作用以计算等效固结深度的形式转化成为纯结构的力学分析模型。
4.如权利要求1所述的钢管桩高桩码头损伤判定方法，其特征在于，所述步骤2)的等效固结...
【专利技术属性】
技术研发人员：艾青，黄劲松，张璐璐，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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