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【摘要】高桩码头应用范围较广，其抗震设计是影响性能的重要指标。而当前验算高桩码头设计结构是否满足抗震标准的重要手段就是利用计算机模拟技术。通过模拟分析发现泥面处和桩顶处是高桩码头最薄弱环节，因此在设计和施工中应采取加强措施，比如合理设置叉桩、浇筑混凝土时保证其整体性。同时应该明白：计算机模拟技术有其局限性，不可能将所有因素都考虑进去，所以总结经验教训，密切结合工程实际环境，适当加大抗震富裕系数是提高高桩码头抗震性能的重要基础。
【关键词】高桩码头；抗震结构设计；要点
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、板桩墙以及周边土共同组成；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土共同组成。
2高桩码头的特点
高桩码头主要由基桩和上部结构组成，其中基桩打入水下的土中，上部露出水面承载上部的平面结构。高桩码头为透空结构，结构很轻，用料省，波浪和水流可以在码头平面通过，不会对波浪产生很大反射，因此不影响泄洪和淤积。目前高桩码头向着长桩、大跨结构发展，逐步采用大型预应力混凝土管桩或钢管，可以适应各种地基，包括松软地基和岩石地基。但高桩码头的典型缺点是对超载和装卸变化适应差，耐久性不好。按照平面结构分类，高桩码头可分为连片式（满堂式和引桥式）和墩式；按上部结构分类可分为板梁式、承台式、桁架式和无板梁式。其各种形式高桩码头的优缺点及适用条件见下表1所示。
2抗震性能要求
2.1设计分类
设计前应由具有权限的部门制定设计分类，业主可以指定更严格的设计分类。设计分类包括以下3种:高。对地区经济或震后恢复重要的结构，需要比“保护生命”更高的抗震性能水准。中。对地区经济较重要，震后恢复不重要，但需要比“保护生命”更高的抗震性能水准。低。以上两种以外的分类。
2.2性能水准
每一性能水准所需的结构响应如下:保护生命安全。地震后，结构能够继续承受重力荷载;破坏后不会阻碍出口;不会发生引起公共问题的材料流失。可控、可修的破坏。结构在易于修复的部位经历非弹性变形后，达到可控的延性状态;所需修理造成停运不超过几个月;不会发生引起公共问题的材料流失。轻微破坏。结构没有发生或仅发生较小的残余变形，接近弹性状态;不造成停运;不会发生引起公共问题的材料流失。
3高桩码头抗震结构设计的要点分析
高桩码头的抗震设计主要包括两方面：岸坡稳定性设计；码头结构设计。其中岸坡稳定性设计主要涉及到地质勘查一类，在此不再详细叙述。而码头结构抗震设计则主要包括以下三方面内容。
3.1抗震设计条件
码头结构的抗震计算一般在结构静力对基础上加以计算，此时主体结构已经定型，而结构物的自身重力是地震惯性力的计算重点。当计算横向水平时，截取其中的一个排架单独计算。对于某一建筑，应将其重量平均分配到每个相关联的排架上计算。计算建筑物的纵向水平地震惯性力，一般按照某一建筑段计算，具体为：计算端部段时，长度一般为50m左右；中间段不必进行计算。当整个建筑段都承担不了纵向地震惯性力时，可设置合适的带叉桩承台以提高抗震性。
3.2地震惯性力计算
在计算地震惯性力时应注意一些问题，诸如：将前后桩台作为一个整体计算；综合影响系数应充分结合实际情况考虑；如果假设桩体两端均为嵌固结构，则应乘以系数0.37；一般不将码头上的固定设备其附加动力效应考虑在内。但是当其用螺栓或锚固形式固定时，需要进行附加动力放大计算。
3.3建筑物结构应力分析
结构应力分析的重点是对叉桩的拉应力进行分析。后方桩台由于受制于前方桩台和护岸结构，所以震害很小，此时不再进行考虑。
3.3.1Pushover方法的计算分析
随着计算机技术的发展，软件模拟已成为目前码头抗震性计算的重要途径之一。其中基于结构性能设计的Pushover方法用于弹塑性抗震设计较为有效、准确。其基本过程如下：（1）将高桩码头简化为单自由度体系，采用p-y曲线法描述桩土相互作用；（2）结构位移基于反应谱计算；（3）利用Pushover方法获得码头的结构-位移性能曲线；（4）比较2和3的计算结果，寻找交点，该交点即为性能点；（5）将该些点对应的结构与设计目标比较看是否满足。
3.3.2应用实例
某集装箱码头的吞吐能力为38万TEU，结构形式为高桩码头，水平地震加速度为0.385g。桩基为Ф1,200钢管，后4排往钢管内灌入混凝土，上部结构为桩帽和纵横梁结构，横梁宽度为1.2m，高度2.5m。利用SAP2000软件进行建模（见下图1），其中：桩顶灌芯上部为钢筋混凝土；下部为钢管和混凝土的复合截面。
3.3.3弹塑性分析
（1）反应谱分析。根据相关抗震规范基于反应谱对结构位移的需求进行计算，反应谱的阻尼比约为5%，。最终得到结构的最大位移约为400mm，桩体的最大转角达到1.5°。
（2）Pushover方法分析。依据该工程的抗震等级标准，
在此分别对高桩码头的纵向和横向对其结构进行模拟分析，最终目的是得到基桩截面的屈服弯矩。本工程主要包含四部分：钢管桩、灌芯钢管桩、桩体上部分和下部分。
本项目在模拟时设置位移步距长度为0.05m，当进行到第8步时，总位移超过400mm，此时观察桩基不同部位的最危险铰接状态，即：泥面处和桩顶处[6]。经观察发现码头部分桩顶处出现了塑性铰。之后再将此时的轴力和弯矩与规范标准要求值做对比，发现模拟值高出标准值10个百分点，说明码头的设计结构满足抗震要求。
4对我国《水运工程抗震设计规范》的建议
除美国外，日本和国际航运协会的有关抗震设计标准也采用了基于性能的设计方法。我国有关行业的抗震设计规范体现了性能设计的理念，如GB50011—2010《建筑抗震设计规范》和GB50191—2012《构筑物抗震设计规范》均采用了3个水准的抗震设计方法，其中前者还引入了基于性能的抗震设计方法;JTGTB02-01—2008《公路桥梁抗震设计细则》和CJJ166—2011《城市桥梁抗震设计规范》采用了两个水准的抗震设计方法。在水运行业，我国仅对液化天然气码头和储罐区护岸规定按操作基准地震和安全停运地震两个水准进行抗震验算，其他水工建筑物仍按单一水准进行抗震验算，抗震设计方法仍采用基于力的设计。这种设计方法是保证结构具有抵抗设计地震作用的能力，但超过设计地震作用时，无法提供结构抗震性能的有关信息。如果在强烈的罕遇地震地面运动下，仍满足承载力要求，则建设或改建成本可能会很高。国内学者针对高桩码头基于位移的抗震设计方法已开展了有关研究，认为基于位移的抗震设计可以很好地实现多地震水准、多设防目标的抗震设计思想。综合国内外研究现状，采用以多水准为基础的抗震设计方法是合理的，它规定不同地震水准下的破坏准则，包括承载力和位移要求，通过设计使结构在不同的地震水准下保持相应的性能水准，达到相应的抗震性能设计目标。结合我国水运工程抗震设计规范现状，为实现多水准的抗震设计方法，尚有以下工作需要深入研究:抗震设防水准的确定;抗震设防分类的确定;结构性能水准和性能目标的确定;结构破坏准则的确定;基于位移的设计方法。
5结论
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。
参考文献：
[1]高树飞,贡金鑫.基于位移的高桩码头抗震设计方法[J].水运工程,2014,10:39-46.
[2]李强.高桩码头地震响应非线性有限元分析[D].大连理工大学,2015.