Vol. 42 No.l Feb. 2021
第42卷第1期
2021年2月
水道邃 口
Journal of Waterway and Harbor
付超，李雪野
(宁波中交水运设计研究有限公司，宁波315040)
摘要：重力式码头是一种常用的码头结构形式，其因施工简单、对荷载适应性强等优点在国内外港口
结构中被广泛采用，其中抗震设计是一项重要内容。对比分析了中国规范、PLANC 标准关于重力式码
头抗震设计方面的差异，并通过实例进行了验算，此实例研究结果表明：对同一结构，中国规范和
PLANC 标准抗震验算不同，但结论和趋势相似。研究成果可为海外项目重力式码头抗震设计提供 参考。
关键词：重力式码头；上部结构；抗震验算；对比分析;PLANC 标准；中国规范
中图分类号:U 652.7 文献标识码:A 文章编号:1005 - 8443(2021)01 -0104 -10
随着我国水运行业海外业务量的增加，开拓海外水运市场的趋势愈加明显和迫切。研究中外设计规范 的差异，既能为开拓海外市场提供工具，又能够为我国未来的规范修订提供参考。仅就重力式码头抗震设
计计算而言，全球港口常用的规范有欧洲标准、日本标准、国际航运协会(PLANC )相关规范等，均与我国规
范存在差异⑴-本文主要就中国规范、PLANC 设计标准在重力式码头抗震设计方面存在的差异进行分析, 以期为相关海外港口设计项目提供参考。
重力式结构的地震反应比较复杂，同时涉及结构、土与结构、土与土、土与水之间的动力相互作用，准确 的描述和计算各种作用比较困难。因此，从简单、实用、可用的角度出发、针对抗震设防烈度为6度~9度的 水工建筑物，我国规范要求采用拟静力法进行设计。PLANC 针对抗震分析方法提出了简 化分析、简化动力
分析和动力分析等方法，为便于应用，简化分析可采用拟静力法。本文主要对比两种体系抗震设计中的拟
静力分析法。我国抗震设计采用重现期475 a 的单水准设计方法,PLANC 采用双水准下、以不同破坏程度为
目标的性能设计方法，水准一地震重现期为72 a ，要求此地震工况下结构正常使用或小修即可正常使用；水
准二地震重现期为475 a，要求此地震工况下结构的破坏可控、可修。总体来看,PLANC 重力式结构抗震设
计方法更加复杂和全面，特别是地震时土体中水运动考虑更加细致。
1地震系数
1.1中国规范计算方法⑵
中国码头抗震设计中水平向地震系数采用烈度和峰值地面
加速度PGA 共同表示，如表］所示。
1.2 PLANC 计算方法⑶
PLANC 标准中水平地震系数和中国规范中的K h 是不同的,
表1水平向地震系数為
Tab. 1 Horizontal seismic coefficient
项目抗震设防烈度
7度 8度9度K h
0.10(0.15) 0.20(0.30)
0.40
采用的是等效地震系数k e ，由于地震动的瞬变性，等效地震系数并不总是等于峰值地面加速度PAG/g，报告
基于129座重力式码头12次地震记录的情况推荐有效地震系数与峰值地面加速度的一般关系为
收稿日期：2020 - 02 - 24；修回日期：2020 - 03 - 25
作者简介：付超(1985 -)，男，辽宁省人，硕士研究生，高级工程师，主要从事港口工程设计和研究工作。
Biography :FU Chao( 1985 - ) , male, senior engineer.
2021年2月付超，等重力式码头抗震设计中国标准和PLANC标准对比分析105
Ke二0.6x a max/g
式中ax峰值地面加速度;g为重力加速度。
(1)
2重力式码头地震主动土压力计算
2.1中国规范计算方法［27
依据JTS146-2012（水运工程抗震设计规范》，地震时作用在重力式码头上的第n层土的主动土压力计算公式如下，土压力分布见图l o
an
E
式中Mn为第n层土的厚度;Q为墙背与铅垂线的夹角;fl和乞边分别为作用在第〃层土顶面和底面处单位面积上的主动土压力标准值，计算公式如下
M—1
e ani二（Kqg+~2c n K acn cosa
i=0护理学报
(3)
系数如下
^an2二(Kqg+S7^an cos«-2c n K acn COSQ
i=0
cos^cos2acos(3n+0+a)1+
K cosa
q cos(a-0)
cos2((p n-a-0)
bin(gn+5n)sin(gn_Q_0)
cos(3n+0+a)cos(a-/3)
cos(a-0)cos°n
(6)
K二______________________________
acn cos&cosa［1+sin@n+3n-^8+a）］
式中:g为码头面均载；人.为第n层土的主动土压力系数；人跺为地震主动土压力作用在第“层土时的系数卯为填土内摩擦角;0为地面与水平面夹角;3为填土与墙面之间摩擦角，公式（5）和（6）中取5二0或5二卩/2W15。；。为地震角，如表2。
关于竖向地震系数化，对于重力式建筑物，当抗震设防烈度为8度、9度时，抗震验算应同时计入水平向和竖向地震惯性力，竖向地震惯性力系数取水平向地震惯性力系数的2/3并乘以0.5的组合系数。
地震主动破裂面与水平面的夹角
表2地震角0(。)
Tab.2Seismic Inertia Angle0(°)
项目
抗震设防烈度
7度8度9度地震加速度
(饥•g)
0.10g0.15g0.20g0.30g0.40g
t水上 1.5 2.3 3.0 4.5 6.0地震角0，十
水下 3.0 4.5 6.09.012.0
吋（爲-0）=5（久+久-0+°）+喰（久+；_0+。）'cos(5n+0+a)sin@n+3n)+27/n cos^n cosacos^
cos(a+0)sin@n-0-0)+27/n cos^n cosacosj6
5
%二-----n-------
Kq+即血
式中洁为地震时主动破裂面与水平面的夹角为系数。
2.2PLANC计算方法⑶
采用PLANC方法，主动土压力计算公式如下，计算图示见图2O
Pae二瓦苏（1-5
(10)图］中国规范地震主动土压力分布图Fig.1Dynamic active earth pressure distribution of China Standard
⑵
⑷
⑸
2
闽北红菇
⑺
106
水道港 口
第42卷第1期
cos 2 (①- 0)
2
cos©cos(0 + 5)[l+ /血9+?)
血(注1]
L V cos(5 + 0) J
(11)
0 = arctan ；-------1 -號
式中：人。为地震时墙后填土的主动土压力系数;©为地震角；
K 为竖向地震惯性力系数;H 为墙高;①为填土内摩擦角;3为
填土与墙面之间摩擦角;％为土体干重度，若考虑码头面均载
9迪，则兀应为兀+ WH ），对于局部水下填土，用y e 替代。
人 f 』1-（加打+力（牛『
（13）
式中％et 为土体自然重度；九为土体浮重度;Nub 为墙体水下
高度。
填土墙面之间外摩擦角5，美国标准规定墙背与填土之间
(12)
福州人造板厂图2 PLANC 地震主动土压力分布图
Fig. 2 Dynamic active earth pressure distribution
of PLANC
外摩擦角取2/3倍填土内摩擦角标准值，假想墙背和填土之间外摩擦角取1倍填料内摩擦角标准值A6］，如
图3墙后填土外摩擦角取值
Fig. 3 Angle of friction on virtual
back of blockwork wall
关于竖向地震惯性力系数，不会因为土体饱和而改变，对于重力式 挡土墙，可以认为亿二0.5饥，应考虑向上和向下两种方向，通常可以简 化成OX 。
3地震水压力计算
3.1中国规范计算方法⑵
梁板式、无梁板式、桁架式高桩码头和高桩墩式码头、重力式码头前的动水压力，抗震计算时可不予 考虑。
3.2 PLANC 计算方法⑶刀
PLANC 中动水压力采用的计算理论是Westergaard 公式，动水压力的分布公式为
7 ____Pdw 二 ^饥人 JhHy
（16）
动水压力呈抛物线分布，见图2，总动水压力合力计算公式如下
f 二吉饥人疋
（17）
式中：人为水的重度；乩为水深，见图2
。
2021年2月付 超，等 重力式码头抗震设计中国标准和PLANC 标准对比分析
107
4地震惯性力计算
4.1中国规范计算方法⑵
依据JTS146 -2012（水运工程抗震设计规范》，重力式码头沿高度作用于质点i 的水平向地震惯性力标
准值可按下式计算
Pi = Ck h a i w i
式中:C 为综合影响系数，取0.25；^为加速度分布系数，沉
箱码头、扶壁码头、不带卸荷板的方块码头按图4 - a 确定;
带卸荷板的方块码头、衡重式码头按图4 - b 确定。
4.2 PLANC 计算方法⑶
PLANC 中采用的计算公式如下
式中问为结构单宽自重力,kN/m o
一大四小5设计表达式
(18)
江海互动论坛H
(19)
5.1中国规范计算方法⑵
中国规范采用以概率论为基础，以分项系数表达的极限 状态设计方法，如下
4-a 不带卸荷板
4-b 带卸荷板重力式码头适用
重力式码头适用
图4重力式码头加速度分布系数
Fig. 4 Acceleration distribution of gravity quay
%SdWRd
（20）
式中:Sd 为作用组合的效应设计值；兌为抗力设计值;％为结构重要性系数，结构安全等级为1级、2级、3
级的取值分别是1.1、1.0、0.9。
5.2 PLANC 计算方法⑶
PLANC 采用安全系数表达的极限状态设计方法
(21)
安全系数K 可取1.1〜1.2。
6位移控制⑶
重力式码头结构往往会因为发生过大 的变形而导致结构功能失效，这种破坏可能
和抗倾抗滑稳定设计要求还有一定的距离, 也就是说抗倾抗滑稳定设计即使满足要求,
也有可能发生结构因位移过大而破坏或者
不能使用的情况。因此，我国规范仅从力的
极限平衡考虑重力式码头的抗震设计并不
是完全合理的，PLANC 中采用基于不同地
Tab. 3 Proposed damage criteria for gravity quay walls
表3重力式码头破坏准则
破坏程度
结构
程度I
程度U 程度皿程度N
正常使用
可修复接近失稳
失稳
重力式 岸壁码头倾斜度
（d/H ）
小于1.5%或
小于30 cm
1.5% -5% 5% 〜10% 大于 10%
注：其中〃为码头顶部的水平位移;H 为重力式码头的墙体高度。
震动水准，以不同破坏程度为目标的性能设计方法，重力式码头的破坏准则见表3 ，对倾斜度的简化计算图
见图5 ~图8，对宽高比为0.9的码头墙体，结构倾斜度可根据图5（利用各准则下的重力加速度）和图6（利
用地基土的性质）查询，可根据图7和图8对墙体宽高比和地基土厚度的影响进行修正，图中0为地基土厚 度,H 为重力式码头墙体高度，有效的SPT 为N65的值
。
108水道港口第42卷第1期tc0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0.10.20.30.40.50.60.7
输入激励水准g
5-a D l/H=0.0
图5输入激励水准影响(W/H=0.9)
Fig.5Effects of input excitation level(For W/H=0.9)
§0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
有效SPT-N
6-a0/H=O.O
图6有效SPT-N值的影响(W/H=0.9)
7-a
Fig.6Effects of equivalent SPT N-value(for W/H=0.9)
等效SPT-N值为10Equivalent SPT N-value(10)
O0.2g|
-0.3g|
…
升04g|
「.2
0.15
0.1
*0.1g
--O--0.2g
+0.3g
T--0.4g
、t--------------▼
0----------
华泰特拉卡
00.20.40.60.81 1.2
DJH
7-b等效SPT-N值为20Equivalent SPT N-value(20)
图7墙下沉积土层厚度的影响(彩H=0.9)
Fig.7Effects of thickness of soil deposit below the wall(for W/H=0.
9)
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