【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高桩码头结构抗震设计分析中的位移能力分析领域，具体涉及一种钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法。
技术介绍
1、地震荷载是码头结构设计时需要考虑的主要破坏荷载之一，地震作用下高桩码头的桩基会产生不同程度的弹塑性变形，且桩基的塑性铰区多发生在桩顶和地基土内的桩基部分。如何判定高桩码头的桩基是否发生损伤和划分损伤等级是保证码头正常运营的关键。
2、针对该问题，目前广泛利用大型有限元软件对码头结构进行数值建模，并采用pushover方法进行码头的位移能力分析，通过数值软件中桩身材料的应变限值来判定码头是否出现损伤和划分损伤等级。
3、pushover分析过程耗费时间长，且不确定性因素众多，模拟结果的波动范围比较大。建模水平和边界条件设定、载荷工况的模拟是否真实等都会对最终模拟结果产生直接影响。因此，在上述解决方案以外，有必专利技术一种简单、高效的损伤等级划分方法。
技术实现思路
1、为了解决上述
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出了一种钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其通过简化桩土相互作用来建立高桩码头结构力学模型，并且基于此进一步简化桩顶塑性铰与土内塑性铰之间距离，实现桩身在弹塑性变形阶段的水平位移的简化计算，有助于分析高桩码头的损伤状态与桩身的水平位移规律，从而能提高高桩码头抗震设计分析的理论应用水平，为高桩码头结构桩身水平位移的计算提供理论基础。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其主
3、1)确定高桩码头几何结构参数、材料参数和桩身土层参数，并选取典型横断面，将码头结构简化为二维受力分析模型；
4、2)利用等效固结法简化桩土相互作用并计算等效固结深度；
5、3)根据桩身几何参数和材料参数计算桩屈服弯矩和塑性铰长度；
6、4)将屈服弯矩结合力矩分配法计算得到弹性变形阶段出现首个塑性铰时的水平位移，并且根据塑性铰材料应变限值和接头形式计算弹塑性变形阶段的水平位移限值；
7、5)以桩顶水平位移作为损伤状态等级判定指标，划分不同损伤状态等级的界限值等于弹性变形阶段水平位移与弹塑性变形阶段水平位移限值的叠加。
8、所述钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其中,所述二维受力分析模型的简化过程为:
9、1.1)选取典型横断面；
10、1.2)将梁、板、桩结构简化成线；
11、1.3)梁、板、桩结构交点设为固结；
12、1.4)将土体去除，以桩底固结的形式替代土对桩的作用。
13、所述钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其中：所述的步骤2)中是将复杂的桩土相互作用以计算等效固结深度的形式转化成为纯结构的力学分析模型。
14、所述钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其中：所述的步骤4)中是采用力矩分配法计算陆侧桩顶弯矩m。
15、所述钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其中：所述的步骤4)中是通过简化桩顶塑性铰到土内塑性铰距离，来计算弹塑性变形阶段的桩顶水平位移。
16、所述钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其中，所述步骤2)中等效固结深度的计算过程为：
17、2.1)根据桩身的几何结构参数确定桩身的换算宽度b0，计算过程如下：
18、当d≥1.0m时：b0＝kkf(d+1)；
19、当d＜1.0m时：b0＝kkf(1.5d+0.5)；
20、式中，d为桩径或垂直于水平力作用方向桩的宽度；k为平行于水平力作用方向的桩间相互影响系数，不考虑群桩效应时取1.0；kf为桩形状换算系数圆桩或管桩取0.9，方桩或矩形桩取1.0；
21、2.2)根据桩身的几何结构参数和材料参数计算桩截面抗弯刚度，抗弯刚度＝ei；其中i为截面惯性矩，常用桩身截面惯性矩如下所示：
22、矩形：
23、实心圆：
24、空心圆：
25、式中，b为矩形宽，h为矩形高，r为桩截面内径，d为桩截面外径；e为桩身材料弹性模量，可采用钢结构设计标准gb50017-2017中表4.4.8所列的参考值；
26、2.3)根据桩身的土层参数确定桩侧地基土的水平抗力系数m；
27、2.4)根据桩与面板的连接形式确定桩顶转动刚度系数η，取1.8～2.2，桩顶铰接或自由长度较大时取较小值，桩顶无转动或桩的自由长度较小时取较大值；
28、2.5)根据所述步骤2.1-2.4)，计算等效固结深度b，计算公式如下：
29、b＝η*t；
30、式中，t为桩的相对刚度系数，计算公式如下：
31、
32、式中,e为桩材料的弹性模量；i为桩截面的惯性矩；b0为桩的换算宽度。
33、所述钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其中，所述步骤3)的具体过程为：
34、3.1)根据桩身几何参数计算桩身的塑性截面模量z；
35、3.2)根据高桩码头设计参数确定轴压比p为桩身轴力设计值，pye轴向屈服强度；
36、3.3)根据桩身材料参数确定材料期望的屈服强度fye，fye为1.1倍的屈服强度标准值；
37、3.4)根据所述步骤3.1-3.4)，计算桩身的屈服弯矩my，计算公式如下：
38、
39、3.5)根据桩身几何参数和塑性铰接头形式计算塑性铰长度lp，计算公式如下：
40、lp＝0.5*d。
41、所述钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其中，所述步骤4)的具体过程为：
42、4.1)在二维受力分析模型中，将刚臂约束施加于每根桩顶节点处；
43、4.2)在桩顶处逐次施加水平单位位移，计算每根桩顶的剪力v和弯矩值m，计算公式如下：
44、
45、
46、式中，l为桩顶至固结点长度，δ为施加的水平位移量；
47、4.3)每次施加水平单位位移后，逐个释放陆侧到海侧的桩顶刚臂约束，进行力矩分配计算陆侧桩顶弯矩m；
48、4.4)当m＝my时，到达弹性变形极限，停止施加水平单位位移，该水平位移值即为δy；
49、4.5)根据塑性铰接头形式和材料型号确定应变限值εm；
50、4.6)根据平截面假设和桩身几何参数确定截面曲率限值φm，计算公式如下：
51、
52、式中，h为截面高度，若圆形截面则为其截面外径；
53、4.7)根据屈服弯矩和桩身几何参数计算截面屈服曲率φy，计算公式如下：
54、
55、式中，my为桩身的屈服弯矩,e为桩材料的弹性模量,i为桩截面的惯性矩；
56、4.8)将桩顶塑性铰到土内塑性铰距离h简化等效为陆侧桩露土深度a与等效固结深度b之和即h＝a+b；
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【技术保护点】
1.一种钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其特征在于,所述二维受力分析模型的简化过程为:
3.如权利要求1所述的钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其特征在于：所述的步骤2)中是将复杂的桩土相互作用以计算等效固结深度的形式转化成为纯结构的力学分析模型。
4.如权利要求1所述的钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其特征在于：所述的步骤4)中是采用力矩分配法计算陆侧桩顶弯矩M。
5.如权利要求1所述的钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其特征在于：所述的步骤4)中是通过简化桩顶塑性铰到土内塑性铰距离，来计算弹塑性变形阶段的桩顶水平位移。
6.如权利要求1所述的钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其特征在于，所述步骤2)中等效固结深度的计算过程为：
7.如权利要求1所述的钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其特征在于，所述步骤3)的具体过程为：
8.如权利要求7所述的钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其特征在于
9.如权利要求8所述的钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其特征在于,所述步骤4.3)的陆侧桩顶弯矩M的计算过程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其特征在于,所述二维受力分析模型的简化过程为:
3.如权利要求1所述的钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其特征在于：所述的步骤2)中是将复杂的桩土相互作用以计算等效固结深度的形式转化成为纯结构的力学分析模型。
4.如权利要求1所述的钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其特征在于：所述的步骤4)中是采用力矩分配法计算陆侧桩顶弯矩m。
5.如权利要求1所述的钢管桩高桩码头损伤状态等级划分方法，其...
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