T型桩基与地下连续墙组合码头结构仿真

1.问题描述

查阅相关文献，我们知道港口码头结构一般有三种基本结构形式：高桩码头、板桩码头和重力式码头。但是随着港口建设环境的日趋复杂和港口大型化、深水化发展，常规结构形式已经不能满足建设需求。本案例所述码头结构为中国港湾在埃及应用的一种码头结构：T型截面桩基与地下连续墙的组合结构，该结构参考江丙云所编写的《ABAQUS分析之美之39讲》，本案例所用几何模型也来自如此。该结构综合了板桩码头与高桩码头的优点，在有限下连续墙以及其间的斜坡将码头海陆侧同时，地下连续墙与桩基通过码头面的梁板框架连接，形成受力整体.该结构形式是港口工程结构的重要创新。

2计算机设备CPU等参数

计算机参数如图1所示，CPU=4，inter i5-6300处理器，内存memory3.9GB设置。在实际仿真计算时可设置运行内存为2048MB以防止因内存不足原因导致仿真计算失败。

T型桩基与地下连续墙组合码头的结构仿真分析的图1

图1计算机运行参数

2.几何模型

图2给出了工程上的T型桩基与连续墙体的原型剖面图及依据几何尺寸在ABAQUS建立的几何模型图。

T型桩基与地下连续墙组合码头的结构仿真分析的图2

图2 T型桩基与连续墙体的工程原型剖面图及几何模型

3.ABAQUS有限元建模及分析

打开abaqus/cae，在module列表里面选择part命令，进入part模块创建部件，建立的模型已经在图2中给出，进入 sketch命令再次进行检查查看，之后进入Property模块，创建concrete材料模型，参数如表1所示。

继续创建soil材料模型，材料参数如表2所示。之后定义多孔弹性参数，shear设置为默认，其他参数定义如图3所示；材料定义完成后开始定义截面属性，这一操作主要是通过create section命令完成，在model中依次选取每个part，执行后选取该part相同属性的部分并确认，在edit assignment manager中将单元改为相应的截面属性即可，其他类似，这里不再赘述。之后切换到assembly模块，完成各part之间的装配，操作如图4所示。

之后还需要对各个part进行布尔运算，将土体内部所有和结构重合的部分全部删除，并将剩下部分土体生产新的part。由于结构与土体的接触比较多且复杂，为了保证计算精度，需要根据结构物体的形状对土体进行多次切割，尽量保证结构与土体单元都近似接近于正六面体，且接触面节点分布基本一致。切割结束后便开始定义surface 与set，主要是按照不同接触属性的接触面分开定义的原则进行，这里不再赘述。

完成上述操作并再次进行检查无误后，便进入创建分析步的流程，进入step模块，依次建立4个分析步，作为3次开挖与加载，如图5所示；之后创建接触属性，桩基与土体的摩擦系数设为0.5，选择Hard的面面自动接触算法，其他相互作用依次内推，重要的是对于载荷的创建与边界条件的定义，如图6所示。这里需要切换到load模块，首先创建自身的重力载荷，然后在码头后方土体上面设置10000单位的力载荷约束，对开挖后的港池地面施加竖向静水压力55000，如图7所示。

最后还需要对模型轮廓面垂直面方向进行自由度约束完成最后的边界条件设置。切换到mesh模块布置全局种子，完成网格密度线性增长设置，以减少仿真计算时间。完成接触约束载荷边界条件网格划分等所有的前处理操作后，再次检查模型，确认无误后便可以提交作业进行计算。

表1 concrete材料基本参数