２００８年第６期（总第１６３期） 安徽建筑 １６１ 双排钢板桩围堰弹塑性数值分析 Ｅｌａｓｔｏ——ｐｌａｓｔｉｃ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｏｆｆｅｒｄａｍ Ｆｏｕｎｄｅｄ ｂｙ Ｄｏｕｂｌｅ—‘ｒｏｗ Ｓｔｅｅｌ Ｓｈｅｅｔ Ｐｉｌｅｓ 黄建 ，李 军１，３ 大连１１６０２４；２．大连理工大学土木建筑设计研究院，辽宁大连１１６０２４； 大连１ １６０２１） （１．大连理丁大学岩￣－１：程研究所，辽宁３．大连建筑设计研究院，辽宁摘要：文章采用弹塑性有限单元法，对不同水位下钢板桩围堰在加载过程中呈现的受力变形特征进行了分析。 关键词：围堰；钢板桩；弹塑性 中图分类号：Ｕ４４３．１６ １；Ｕ４４３．１＆２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００７－７３５９（２００８）０６－０１６１—０２ Ｈｕａｎｇ Ｊｉａｎ ・ ｅｔ ａｌ（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎ￣ｎｅｅｆｉｎｇ ｏｆ ＤＵＴ，Ｄａｌｉａｎ １ １ ６０２４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ ＤＵＴ．Ｄａｌｉａｎ １ １６０２４．Ｃｈｉｎａ） Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｅｌａｓｔｏ—ｐｌａｓｔｉｃ ｎｕｍｅｒｉｅＭ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｉｔｈ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｉｏａｄ—ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ￣ｕｎｄｅｄ ｂｙ ｄｏｕｂｌｅ——ｒｏｗ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔ ｐｉｌｅｓ ａｔ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ａｔ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌｓ ａｒｅ ｎａｌａｙｚｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｆｆｅｒｄａｍ；ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔ ｐｉｌｅ；ｅｌａｓｔｏ—ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ ０前言 模型单元总数６８８９个，结点总数为５３８４个。设计极端高水位 ５．１ｍ，极端低水位一０．８５ｍ。围堰有限元计算其它主要计算参数 如表１所列。 围堰主要计算参数 表１ 目前，国内外有许多双排钢板桩型式的围堰结构，由于其 整体性强，施工手段方便成熟，在港口工程中被广泛的采用。常 规方法通常把内、外钢板桩简化成嵌同于基础表面的悬臂梁， 然后基于土压力理论和顶端拉杆变形协调条件，计算拉杆力、 最大弯矩。值得强调的是，这些假定使得计算结果与实际有较 大差异。为此，本文基于弹塑性有限单元法和非连续接触算法， 针对双排钢板桩围堰体系的受力变形特性进行了较为深入和 全面的分析。 ４３０ １９５０ ４３０ ２计算结果与分析 图２（ａ）、ｆｈ）所示为不同水位下围堰土石体系水平位移分布 情况。由图可见，在极端高水位下，围堰土石体系水平位移在内 侧拉杆附近存在显著的负向极大值区域，幅值水平为一４．３２ｃｍ； 在极端低水位下，围堰体系水平位移在内侧拉杆附近同样存在 显著的负向极大值区域，幅值水平为一２．３４ｃｍ。略为不同在于， 极端低水位时外侧拉杆附近存在一个正向极值区域，幅值水平 图１数值计算简图 １ 数值算例及计算模型 算例中采用简化后的二维弹塑性平面应变数值计算模型。 如图１所示。钢板桩弹性模量与泊松比分别为 。＝２×１０ｓ ＭＰａ， Ｖｓ－￣－０．２；水而上、下土石容重分别为１８ｋＮ／ｍ 、１ｌｋＮ／ｍ ；拉杆采 用ＳＰＲＩＮＧ弹簧单元，刚度系数 ：８．８３×１０ｓｋＮ／ｍ。在接触模拟 分析中，采用了基于允许“弹性滑动”的罚接触算法，假定钢板 ａ极端高水位水平位移分布 桩与砂石之问的摩擦系数／ｘ＝０．３。数值计算模型中钢板桩采用 平面应变４结点ＣＰＥ４Ｒ减缩积分单元，围堰土石物和基岩采 用平面应变４结点ＣＰＥ４Ｒ减缩积分单元和３结点ＣＰＥ３单元， 收稿日期：２１）０８—１）９—２０ 作者简介：黄建（１９７６一），男，辽宁大连人．大连理工大学硕士在读，工程 师，国家注册港口与港道工程师 ｂ极端水位下水平位移分布 图２不同水位下围堰体系水平位移分布情况 （下转第１７９页） ２００８生１２Ｂ 交通工程研究与应用 １７９ 排施Ｔ工序，既要保证路面施工期间的交通安全，又要保证路 面的施工质量、施工进度。 面改建在设计中进行了方案的比较，在多位专家的共同研究、 指导下，同时结合施工现场的反馈信息，不断调整、优化改建方 案，对老路面进行了充分合理的利用，较好地体现了改建工程 的特点。 综合考虑上述因素后，采取先对左半幅分段实施、半幅施 工的方案开展路面改建工作，分段长度４ｋｍ～６ｋｍ。待左半幅施 工完成后，转换交通至左半幅，右半幅路面大部分可进行全段 同步施工。 参考文献 【１］ＪＴＧ Ｄ５０—２００６，公路沥青路面设计规范【ｓ】． 【２］ＪＴＧ Ｆ４０—２００４，公路沥青路面施工技术规范【ｓ】． ［３］，１ＴＪＯ７３—９６公路养护技术规范ｆＳ１． 黄晓明，朱湘．沥青路面设计［ＭＩ．北京：人民交通出版社，２００２． ４结束语 高速公路路面的改建利用是一项有待共同深入探讨的课 题，路面改建方案既要具备老路改建的特点，也要保证改建路 面质量，尽量做到安全、经济、合理的多方面统一。本次合宁路 驴、驴 、 驴、：； （上接第１６１顶） 为１．６ｃｍ。这是因为在高水位时外侧钢板桩承受被动土压力；而 同。这样，外侧钢板桩Ｍｉｓｅｓ应力水平沿标高的分布特征与内 侧钢板桩亦有所差异。这样，在下部局部标高范围内高水位情 况对应的幅值明显大于低水位情况下相同高度对应幅值。这也 就是说，水位的变化主要引起下部围堰内土石体系土压力明显 变化。并且，基于此种原因，外侧钢板桩Ｍｉｓｅｓ应力水平在外围 回填石渣顶面处无明显变化突变点。 在低水位时由于静水压力的降低，外侧钢板桩承受主动土压 力。这种差异通过拉杆、钢板桩以及土石体系的协调受力变形 变化具体体现。 图３所示为不同水位下的围堰拉杆截面正应力变化情况。 由图可见，随着围堰外水位标高增加，拉杆截面正应力逐渐减 小，幅值变化范围为１４８ｋＰａ～１１５ｋＰａ。此外，不难看出，随着围 堰外水位标高的增加，拉杆截面正应力减小的变化率逐渐衰 减。如前所述，围堰外水位越低，围堰外侧钢板桩承受的主动土 压力越大，外侧钢板桩的正向侧向变形亦越明显，钢板桩强度 特性发挥的越充分。这样，拉杆截面正应力变化率呈现逐渐衰 减变化特征。 ／ ／ §８．０×ｌ ・ 、４０×１ ／ ＼／、、 １ ４ ＆ 、、 、、１．２ ｘ１０￣＂ 投嘣高采位 ｔ ８ ｌ ——极端高水位 …极端Ｉ氐水位 ２．０ｘｌ １２一ＩＯ－ｔｌ －６－－４－２ ０ ２ ４ ６ —１２—１０－８－６—４－２ ０ ２ ４ ６ ８ ｌ０ 呈 ａ．内侧钢板桩Ｍｉｓｅｓ应力 ｂ．外测钢板桩Ｍｉｓｅｓ应力 图４不同水位下双排钢板桩Ｍｉｓｅｓ分布情况 ３结语 鲁 通过建立数值计算模型，针对不同水位下钢板桩围堰在加 载过程中呈现的受力变形特征进行了分析与讨论，得到了如下 结论。 器 奏 ｌ ①在高水位时外侧钢板桩承受被动土压力；而在低水位时 由于静水压力的降低，外侧钢板桩承受主动土压力。 ②随着围堰外水位标高增加，拉杆截面正应力逐渐减小， １ ｏ １ ２ ３ ４ ５ 并且其减小的变化率呈现逐渐衰减变化特征。 水位标高／ｍ 图３不同水位下的围堰拉杆截面正应力变化 ③水位变化对于外侧钢板桩受力变形特性影响较内侧钢 板桩更为明显，这归因于水位的变化主要引起下部围堰内土石 图４（ａ）、（ｈ）所示为不同水位下双排钢板桩Ｍｉｓｅｓ应力水平 体系土压力明显变化。 分布对比情况。由图４（ａ）可见，内侧钢板桩在极端高、低水位 下，其Ｍｉｓｅｓ应力水平沿标高变化趋势相似，并且高水位情况 对应的幅值略小于低水位情况下相同高度对应幅值，整体最大 幅值为８．２Ｐａ Ｘ １０ Ｐａ，远小于其常温屈服应力２３５ＭＰａ。进一步 地，Ｍｉｓｅｓ应力水平分别在拉杆位置、外围回填石渣顶面和基岩 参考文献 ［１］叶国良，肖大平．双排板桩变形与应力分析【Ｊ】．港口工程，１９９６（５）． ［２］王浩芬，李久旺．有锚柔性墙的内力与变形分析ｆＪ】．岩土工程学 报，１９８７ｆ６）． １ ３ ｊ Ｈｉｂｂｉｔｔ，Ｋａｒｌｓｓｏｎ ａｎｄ Ｓｏｒｅｎｓｅｎ，Ｉｎｃ．ＡＢＡＱＵＳ Ｔｈｅｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ［Ｍ】． Ｐａｗｔｕｃｋｅｔ，ＵＳＡ：Ｈｉｂｂｉｔｔ，Ｋａｒｌｓｓｏｎ＆Ｓｏｒｅｎｓｅｎ，Ｉｎｃ．２０００． 顶面存在变化突点。这是由于对应位置存在外载分布和材料属 性突变造成的局部应力集中现象。由图４ ）可见，外侧钢板桩 在极端高、低水位下，其Ｍｉｓｅｓ应力水平沿标高变化趋势相似， １４ｊ ＧｗｉｎｎｅｒＪ，ＢｒｏｓｏｗｓｋｉＢ．ＡｐｅｎＭｔｙ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎｆｏｒａｕｎｉｌａｔｅｒａｌｃｏｎｔａｃｔ 最大幅值为１．５ＰａＸ ｌＯＳＰａ，亦满足自身强度要求。特别地，外侧 钢板桩由于高、低水位的变化，其所承受的土压力类型有所不 ｐｒｏｂｌｅｍｉｎｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒｅｌａｓｔｉｃｉｔ册ＭａｔｈｅｍａｔｉｃａｌＭｅｔｈｏｄｓｉｎｔｈｅＡｐｐｌｉｅｄ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，１９８９，¨ｆ４）：４４７—４５８．
