1.問題描述

查閱相關文獻，我們知道港口碼頭結構一般有三種基本結構形式：高樁碼頭、板樁碼頭和重力式碼頭。但是隨著港口建設環境的日趨復雜和港口大型化、深水化發展，常規結構形式已經不能滿足建設需求。本案例所述碼頭結構為中國港灣在埃及應用的一種碼頭結構：T型截面樁基與地下連續墻的組合結構，該結構參考江丙云所編寫的《ABAQUS分析之美之39講》，本案例所用幾何模型也來自如此。該結構綜合了板樁碼頭與高樁碼頭的優點，在有限下連續墻以及其間的斜坡將碼頭海陸側同時，地下連續墻與樁基通過碼頭面的梁板框架連接，形成受力整體.該結構形式是港口工程結構的重要創新。

2計算機設備CPU等參數

計算機參數如圖1所示，CPU=4，inter i5-6300處理器，內存memory3.9GB設置。在實際仿真計算時可設置運行內存為2048MB以防止因內存不足原因導致仿真計算失敗。

圖1計算機運行參數

2.幾何模型

圖2給出了工程上的T型樁基與連續墻體的原型剖面圖及依據幾何尺寸在ABAQUS建立的幾何模型圖。

圖2 T型樁基與連續墻體的工程原型剖面圖及幾何模型

3.ABAQUS有限元建模及分析

打開abaqus/cae，在module列表里面選擇part命令，進入part模塊創建部件，建立的模型已經在圖2中給出，進入      sketch命令再次進行檢查查看，之后進入Property模塊，創建concrete材料模型，參數如表1所示。繼續創建soil材料模型，材料參數如表2所示。之后定義多孔彈性參數，shear設置為默認，其他參數定義如圖3所示；材料定義完成后開始定義截面屬性，這一操作主要是通過create section命令完成，在model中依次選取每個part，執行后選取該part相同屬性的部分并確認，在edit assignment manager中將單元改為相應的截面屬性即可，其他類似，這里不再贅述。之后切換到assembly模塊，完成各part之間的裝配，操作如圖4所示。之后還需要對各個part進行布爾運算，將土體內部所有和結構重合的部分全部刪除，并將剩下部分土體生產新的part。由于結構與土體的接觸比較多且復雜，為了保證計算精度，需要根據結構物體的形狀對土體進行多次切割，盡量保證結構與土體單元都近似接近于正六面體，且接觸面節點分布基本一致。切割結束后便開始定義surface 與set，主要是按照不同接觸屬性的接觸面分開定義的原則進行，這里不再贅述。完成上述操作并再次進行檢查無誤后，便進入創建分析步的流程，進入step模塊，依次建立4個分析步，作為3次開挖與加載，如圖5所示；之后創建接觸屬性，樁基與土體的摩擦系數設為0.5，選擇Hard的面面自動接觸算法，其他相互作用依次內推，重要的是對于載荷的創建與邊界條件的定義，如圖6所示。這里需要切換到load模塊，首先創建自身的重力載荷，然后在碼頭后方土體上面設置10000單位的力載荷約束，對開挖后的港池地面施加豎向靜水壓力55000，如圖7所示。最后還需要對模型輪廓面垂直面方向進行自由度約束完成最后的邊界條件設置。切換到mesh模塊布置全局種子，完成網格密度線性增長設置，以減少仿真計算時間。完成接觸約束載荷邊界條件網格劃分等所有的前處理操作后，再次檢查模型，確認無誤后便可以提交作業進行計算。

表1 concrete材料基本參數

楊氏模量	泊松比	密度
4E11	0.167	2500

表2 soil材料基本參數

密度	Intercept	泊松比	拉伸極限
1500	1.221	0.35	0

圖3 soli材料其他參數設置界面

圖4 part裝配

圖5分析步設置

圖6加載設置

圖7約束設置界面

4.結果提取與分析

4.1.基于inp提取截面內力方法

針對海側樁頂面彎矩及截面內應力提取語句如下，完整程序見下文附件所示。將提取的數據導入ABAQUS簡單作圖如圖8所示。

彎矩提取.txt

*section print,name=sp1,surface=sp1,axes=local,frequency=1,update=yes

,3.5,-15.25,80

,3.7,-15.25,80,,3.5,-15.05,80

sof,som

*section print,name=sp2,surface=sp2,axes=local,frequency=1,update=yes

,3.5,-15.25,76.166668

,3.7,-15.25,76.166668,,3.5,-15.05,76.166668

sof,som

*section print,name=sp3,surface=sp3,axes=local,frequency=1,update=yes

,3.5,-15.25,72.5

,3.7,-15.25,72.5,,3.5,-15.05,72.5

sof,som

*section print,name=sp4,surface=sp4,axes=local,frequency=1,update=yes

,3.5,-15.25,65.5

,3.7,-15.25,65.5,,3.5,-15.05,65.5

圖8彎矩提取單元截面應力曲線

4.2云圖分析

在Job Manager中單擊Results，進入Visualization模塊查看模型計算結果文件，單擊工具箱中的云紋圖查看按鈕，通過設置分別顯示總體上和水平兩個方向上的位移分布云圖分別如圖9~11所示。

圖9 總體位移分布云圖

圖10 總體位移分布云圖

圖11 水平方向上位移分布等值云圖

5結論

案例主要對T型樁基與地下連續墻組合碼頭進行了結構仿真分析，對于結構強度的校核與驗算具有指導性意義，文中對如何提取截面單元應力的方法也做出了詮釋，對利用Abaqus進行數據處理有一定的借鑒意義。