港口码头结构的抗震设计探析

摘 要：随着现代社会的发展，对于港口码头结构的抗震设计的关注度也在逐渐地提高。为了避免地震对港口码头带来的经济损失，就应该强化其抗震能力，这也是海上经济可持续发展的基础。本文首先分析了港口码头结构，然后对港口码头结构抗震设计的具体措施进行了分析探讨，最后通过工程实例，详细探讨了高桩港口码头结构的抗震设计，希望能够为今后的港口工程的设计提供一定的建议。

关键词：港口码头 结构 抗震 设计

1.港口码头的结构

港口码头是建设在内河岸坡或者是海岸，在港口码头的结构当中，重力式码头、板桩码头以及高桩码头是最常见的结构形式。其中重力式的码头主要是在海床上的沉箱处或者是其余的重力式挡土结构共同组成；板桩码头是由拉杆各锚碗结构、板桩墙以及周边同组成；高桩码头主要是由上部的板桩、拉杆、帽梁以及顶端高于低水位基桩和同组成。

2.抗震措施

第一，对于高烈度区的重力式码头而言，可以将抛石棱体填充在墙后，这样可以将动土的压力大幅度地降低；如果处于地震多发区域，其里面布置和平面布置都应该简单，并且应该尽可能将重心位置和建筑物的自重降低，这样才可以将地震的荷载减少，也有利于结构本身的稳定性的增加。在重力式码头结构抗震设计当中，除开验算码头的抗滑移和抗倾覆之外，同时，还应该对结构的竖向沉降变形和水平残余变形加以密切地关注。另外，还应该加强结构的整体性。比如，方块重力墩和重力式方块码头，就应该将其整体性提高，就可以采取以下几种措施：第一，将方块的层数尽量减少，在方块之间可以预留出竖向空洞和槽，插入型钢或者是钢筋笼，并且将水泥混凝土灌注进入；第二，胸墙最好是采取现场浇筑的方式，这样才可以并联成为一块。为了防止沉降，将地基的承载力增强，还可以利用真空预压、抢夯法、桩基等加固的方式，做好相应的处理。而板桩码头以及高桩码头在处理地基的时候，其方式同重力式码头是基本一致的。

第二，在板桩码头的结构设计上，最好是将挡土墙换成紧密的砂石料，这样可以避免在地震发生的时候出现锚碗结构位移或者是码头平面沉降的情况。在高烈度区域，最好是采取叉桩锚碗，从而将上部的水平荷载力转移到较为深的稳定上层，这样也可以将所承受的拉力能力提升，并且还可以将上部的帽梁适当地增强；叉桩应该尽可能地不知在排架当中自重反力相对较大的位置，这样可以承受较大的竖向压力，并且还应该做到尽可能地对称布置，这样可以避免水平力后桩太出现扭转的情况；另外，在结构设计上还应该考虑到整体的结构，并且还应该保证在同一段板桩码头上的锚碗结构形式能够保持一致。

第三，在对高桩码头结构的抗震设计当中，还应该考虑到相对于横纵轴均对称布置方式的基桩以及码头纵向的刚度设计；对处于地震区域的高桩码头，应该使用应力混凝土桩。码头结构的平面布置应该尽可能平整、简单；如果平面较为复杂，还应该使用分缝的方式，比如在设置抗震缝的时候，应该将码头平面分成为若干个独立的单元。上部结构应该采用强度高、质量轻以及具备整体性好的结构与构件，这样可以将结构自重和地震惯性力减少，同时，也可以为其提供较好的刚度。在码头的前后状态间还可以设置出隔震缓冲材料，这样可以减轻以及缓和喷桩产生的影响。

3.工程实例

3 . 1码头结构

在码头结构上，其排架之间的间距为8m，基桩采取的是Φ1200的钢管桩，其中，后面的3排桩灌芯处理，其长度需要从桩端延伸到泥面以上的5m处；上部结构采取的是桩帽节点+纵横梁体系结构，其梁高2.47m，宽度为1.2m。在码头上部结构的纵向上还设置了高2.47m，宽度为1.4m的2道轨道梁以及高2.47m，宽度为1 m的纵梁，其间是通过厚度为700mm的叠合面板加以连接。在钢管桩中，主要是采取的420级别的钢，其混凝土抗压强度为。

3 . 2 SAP2000建模计算

对于码头的结构分算计算模型如下图3.2所示。对于桩基模型的假定为：第一，桩顶灌芯的上半部分为钢筋混凝土；第二，下半部分考虑的是钢筋混凝土同钢管桩的复合截面；第三，灌芯钢管桩部位要考虑到混凝土与钢管桩的复合截面；第四，对于桩入土的部分，主要是通过P-Y曲线对桩土相互之间的作用加以模拟。

通过相应的计算，其组合位移的最大值为Dmax=397mm，桩的最大转角为1.60。

3.3.2非线性Pushove分析

静力非线性Pushover分析主要是对在强震作用之下结构非弹性相应能力的评估，考虑到本工程的具体抗震等级标准，在分析中，就应该从横向和纵向两个方面对其码头结构加以分析。通过SAP2000的截面设计器就可以将不同基桩截面的屈服弯矩计算出来。对于本工程而言，其码头结构Φ1200的钢管桩、Φ1200的灌芯钢管桩以及桩顶灌芯，其不同轴向力所对应的屈服弯矩也存在明显的差异。

在位移步长计算设置中取0.05m，结构的横向以及纵向的最大位移均处于计算第8步超过397mm。在这样的状态之下，其弯矩的需求能力和屈服的状态详细间表3.3.2。

通过表格4.3.2表明，码头结构部分桩顶出在M/My为1.42和1.41的时候，在制定位移之下就会出现塑性铰。在该地区的地震作用之下，允许码头结构部分桩顶进入塑性状态，出现塑性铰。

参考文献：

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