寸滩码头三期工程抗震性能的有限元数值模拟

论文摘要

直立式码头特别是架空直立式码头因其装卸效率高、通货能力大已开始广泛应用于西部地区内河港口建设中。重庆寸滩集装箱码头三期工程结构型式新颖,环境条件独特,地形地势条件复杂,水位变幅大,为保证码头结构的可靠性,对三期工程架空直立式高桩码头受力特性和抗震性能进行深入研究十分必要。本文采用大型有限元软件ANSYS,对寸滩码头三期工程水平地震荷载作用下的受力性能进行数值模拟,分析了该码头结构的抗震性能,为今后的设计和校核提供相关的参考。论文的主要工作和结论如下:首先,建立寸滩码头三期工程有限元数值模拟模型,采用模态分析探讨该高桩码头结构的自振特性,并进行了质量参与系数取值分析。其后,在遭遇多遇地震的情况下,选取振型分解反应谱法和弹性时程方法对结构进行抗震分析,得到结构的整体变形图、轴力分布图和弯矩分布图以及剪力分布图等。最后,建立寸滩码头三期工程考虑桩土相互作用的三维有限元数值模拟模型,采用时程分析法得出在考虑了桩土相互作用后码头整体变形图、轴力分布图、弯矩分布图、剪力分布图以及各结构内力图等。根据上述的分析得出以下结论:①结构自振最大振幅小,基频低,说明码头比较安全,刚度分布均匀合理。②反应谱分析结果略大于时程分析结果,说明目前设计多采用的反应谱方法偏于安全。③考虑桩土相互作用的码头结构抗震分析结果小于前两种抗震分析结果,并且结构振动型式更复杂,表明对结构进行抗震分析时,考虑桩土的相互作用是非常必要的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 码头的主要结构形式及发展趋势
• 1.3 结构抗震分析方法的发展历程
• 1.3.1 静力法理论阶段
• 1.3.2 反应谱理论阶段
• 1.3.3 时程分析法理论阶段
• 1.4 结构抗震分析研究现状
• 1.5 内河架空直立式高桩码头抗震分析研究现状
• 1.6 本文主要研究内容
• 1.6.1 目前存在的问题
• 1.6.2 本文研究的主要内容
• 第二章 结构抗震分析的基本理论
• 2.1 有限元技术
• 2.1.1 有限元法的基本理论
• 2.2 ANSYS 软件
• 2.3 ANSYS 有限元建模
• 2.3.1 寸滩码头三期工程有限元建模单元的选择
• 2.4 结构动力分析
• 2.4.1 运动方程式的建立
• 2.4.2 动力方程及计算方法
• 2.4.3 非线性动力方程及计算方法
• 2.5 本构模型的选择
• 2.5.1 结构的线弹性本构模型
• 2.5.2 土体的弹塑性本构模型
• 2.6 阻尼的确定
• 2.7 地震波的选取、调整、输入
• 2.7.1 地震波的选取与调整
• 2.7.2 地震波的输入
• 第三章 寸滩码头三期工程自振特性分析
• 3.1 自振分析的基本理论
• 3.1.1 多自由度的无阻尼自由振动方程
• 3.1.2 自振方程求解
• 3.2 自振特性分析
• 3.2.1 模型简介
• 3.2.2 自振分析结果
• 3.2.3 自振分析小结
• 3.3 振型模态贡献
• 3.3.1 模态质量参与系数的取值分析
• 3.4 小结
• 第四章 寸滩码头三期工程反应谱分析
• 4.1 反应谱的基本理论
• 4.1.1 质点系的地震动反应
• 4.1.2 单自由度体系地震作用的计算
• 4.1.3 地震反应谱
• 4.1.4 设计反应谱
• 4.2 寸滩码头三期工程反应谱分析
• 4.2.1 分析内容
• 4.2.2 反应谱及相关参数的选取
• 4.3 寸滩码头三期工程反应谱分析
• 4.4 寸滩码头三期工程反应谱分析结果比较
• 4.5 小结
• 第五章 寸滩码头三期工程动力时程分析
• 5.1 时程分析法的基本理论
• 5.1.1 运动方程的全量表达式和增量表达式
• 5.1.2 线性加速度法
• 5.1.3 Wilson—θ法
• 5.1.4 Newmark 法
• 5.1.5 逐步积分法的求解过程
• 5.2 寸滩码头三期工程动力时程分析
• 5.2.1 边界条件与荷载
• 5.2.2 时程分析及结果
• 5.3 小结
• 第六章 考虑桩土相互作用的寸滩码头三期工程抗震分析
• 6.1 计算模型及相关参数
• 6.2 考虑桩土相互作用后抗震分析结果
• 6.3 不同抗震分析方法结果的对比分析
• 6.4 小结
• 第七章 结论和展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 发表的论文及参加的科研项目