摘 要：本文利用ABAQUS有限元分析軟件，针对某10万t级散货码头遮帘式板桩结构进行数值建模，对比了数值计算结果和理论结果的差异，论证了数值模型的可靠性，分析了差异产生的原因。对比分析了有遮帘存在和无遮帘存在对前墙陆侧土压力和位移的影响，数值计算结果表明，遮帘的存在可以达到减小结构受力和位移的目的。
关键词：遮帘式板桩码头 土压力 位移 有限元方法
1.前言
板桩码头作为最基础的三种码头结构之一，相对重力式码头和高桩码头而言，在结构、材料和施工方面具有一定的优势，因此，板桩码头一直是我国最常用、最常见的码头结构形式。板桩码头主要依靠沉入地基的板桩来支撑码头的正常工作，利用板桩墙作为码头直立岸壁，既能达到抵抗波浪力和船舶撞击的作用，又起到抵挡土压力的效果。
为适应码头大型化、深水化的需求，通过对板桩码头的不断创新设计，遮帘式板桩码头作为一种新型的码头结构形式，被应用于京津唐港区的诸多码头工程中，并获得了较高的评价和认可，逐渐开始推广使用。相对传统的板桩码头而言，其最大的特点是“遮帘桩”的存在，即在前墙和锚碇墙之间、与前墙保持3-5m距离的钢筋混凝土灌注桩，遮帘桩每个一定距离设置一根，使得前墙与遮帘桩形成了一种“前柔后刚”的组合，达到减小前墙内力的目的。图1为两种典型的遮帘式板桩码头结构示意图。
遮帘式板桩码头承受的主要荷载包括：土体自身的主动土压力和墙后的剩余土压力、各种可变荷载产生的土压力和船舶撞击力以及波浪力等。目前，计算这些荷载的主要方法还是沿用传统的板桩码头荷载计算方法，如：弹性地基梁法、弹性线法、自由支撑法等。
本文通过数值计算的方法，针对具体工程实例，对遮帘式板桩码头的荷载进行计算分析，讨论遮帘式板桩码头的“遮帘”效果。
2.工程实例分析
本工程为某10万t级散货码头，为遮帘式板桩码头结构形式，码头在开挖前地基高程为-0.8m，开挖后码头前沿高程为-16.5m，极端低水位高程-1.27m，经初步测算，码头面荷载约为200kPa/m2。板桩码头前墙高27.0 m、厚1.0 m，在前墙后3.5m处设置遮帘桩，桩长31.8m。其土层计算参数如表1所示。
本文中数值模拟软件采用ABAQUS有限元分析软件，首先对工程进行数值建模，模型主要包括前墙、遮帘桩、各种拉杆以及上述4层土体，各种尺寸根据工程实际1：1设置。图2为墙桩杆构件和土体构件示意图，前墙和遮帘桩重度设为25kN/m3、弹性模量取2.8×104MPa、泊松比设为0.2，各种拉杆的重度取75kN/m3，弹性模量取2.0×104MPa、泊松比设为0.3，其他土体参数与表1相同。
3.计算结果分析
通过建立的遮帘式板桩码头数值计算模型，对比分析ABAQUS有限元数值计算结果和理论结果，从而验证模型的可靠性。图3为通过ABAQUS有限元模型计算得到的遮帘式板桩码头前墙与遮帘桩的侧向土压力结果。
图4为通过有限元模型计算得到的前墙和遮帘桩的陆侧土压力的计算结果与理论值的对比，从图中可以看出，采用数值方法计算得到的土压力呈R型分布，更符合柔性墙的土压力分布特征，而理论值的结果比数值计算结果相对偏大。这是由于在规范中，为确保工程的安全性，考虑了土体的极限状态，因此其结果相对于数值计算产生了一定差异。
但从总体而言，数值计算结果与理论值关于陆侧土压力的分布规律基本一致，变化趋势相同，因此，本文建立的有限元数值模型具有一定的计算精度，能够合理反映遮帘式板桩码头的荷载规律，数值模型可以用于后续分析。
为进一步探讨遮帘式板桩码头的遮帘效果，本文通过对比有、无遮帘的存在，计算分析两种情况下的前墙陆侧土压力，从而判定其“遮帘”效果。图5为有遮帘和无遮帘两种情况下，计算得到的前墙陆侧土压力和侧向位移。
从图中可以看出，在有遮帘的情况下，对于前墙而言，不管陆侧土压力还是陆侧侧向位移，都相对无遮帘的情况下的变化值小，这就说明，在加入遮帘桩后，板桩码头结构的稳定性得到了提升，能够保证工程更加安全可靠，从而说明了遮帘式码头结构的优越性，即：在相同条件下，遮帘的存在可以达到减小结构受力和位移的目的，保障工程的安全和稳定。
4.结语
本文通过具体工程实例，利用ABAQUS有限元分析软件，建立了某10万t级散货码头遮帘式板桩结构模型，通过对比计算值和理论值的差异，论证了数值模型的可靠性，分析了差异产生的原因。进一步对比分析了有遮帘存在和无遮帘存在两种情况下的前墙陆侧土压力和位移，发现遮帘的存在可以达到减小结构受力和位移的目的。
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