格型鋼板樁結(jié)構(gòu)承載機(jī)理及數(shù)值計(jì)算方法研究.pdf

1、格型鋼板樁結(jié)構(gòu)格型鋼板樁結(jié)構(gòu)承載機(jī)理及數(shù)值承載機(jī)理及數(shù)值計(jì)算方法研究計(jì)算方法研究BearingMechanicsNumericalCalculationMethodsofSteelSheetPileCellularStructures一級(jí)學(xué)科：水利工程學(xué)科專業(yè)：港口、海岸與近海工程研究生：焉振指導(dǎo)教師：王元戰(zhàn)教授天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零一六年五月摘要在我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展最活躍的渤海灣沿岸、連云港以南的蘇北沿海、長(zhǎng)江口、杭州灣、閩江口、珠

2、江口和海南島西北部等沿岸海域，廣泛分布著深厚軟弱土地基，給港口與海岸工程建筑物設(shè)計(jì)帶來(lái)巨大困難。在軟土地基上進(jìn)行港口與海岸建設(shè)是無(wú)法回避的問(wèn)題。采用適合軟弱土地基條件的新型海岸工程結(jié)構(gòu)，是目前在軟基上建造防波堤和碼頭的有效手段。格型鋼板樁結(jié)構(gòu)由若干單塊鋼板樁在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)鎖口連接拼裝成圓形、橢圓形或多邊形的格體并打入地基后形成，是適用于軟弱土地基條件的水工建筑物。然而，相比類似的筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，格型鋼板樁結(jié)構(gòu)與土之間相互作用更為復(fù)雜，承載機(jī)理

3、和破壞模式尚不清楚，缺乏可靠的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法，限制了格型鋼板樁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。另外，波浪等循環(huán)荷載通過(guò)堤身、拋石基床和砂質(zhì)土置換層傳遞給軟土地基的循環(huán)應(yīng)力對(duì)軟土強(qiáng)度和變形特性的影響及循環(huán)荷載作用下軟土地基上格型鋼板樁防波堤的承載機(jī)理、破壞模式和穩(wěn)定特性等，也是有待解決的問(wèn)題。本文結(jié)合實(shí)際工程，以格型鋼板樁防波堤和碼頭為主要研究對(duì)象開(kāi)展一系列的研究工作。主要內(nèi)容和結(jié)論如下：1.針對(duì)格型鋼板樁結(jié)構(gòu)的幾何特性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在大型有限元軟件ABAQU

4、S上，建立格型鋼板樁防波堤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及格體環(huán)向應(yīng)力分析的三維靜力有限元模型。采用殼體單元模擬薄壁板樁，在相鄰板樁之間設(shè)置鉸接連接器模擬板樁之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并考慮鉸接連接器之間的摩擦作用；土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系采用MohrCoulomb本構(gòu)模型來(lái)模擬，格型鋼板樁與其內(nèi)、外土體之間的滑移、張裂和閉合采用接觸面單元模擬。為方便大量數(shù)值計(jì)算，同時(shí)建立不考慮板樁間鉸接特性的殼體單元模型和整體的實(shí)體單元模型的簡(jiǎn)化建模方法。并建立格型鋼板樁防波堤穩(wěn)定性分析

5、的有限元加載系數(shù)法和碼頭穩(wěn)定性分析的有限元強(qiáng)度折減法，以及格體強(qiáng)度有限元分析方法和格內(nèi)土體剪切變形有限元分析方法。針對(duì)工程算例，驗(yàn)證了有限元數(shù)值模型對(duì)格體環(huán)向應(yīng)力分析以及穩(wěn)定性分析的準(zhǔn)確性。2.針對(duì)具體工程算例，系統(tǒng)分析了格型鋼板樁防波堤在波浪靜力荷載作用下的結(jié)構(gòu)整體位移特性、格倉(cāng)內(nèi)土體剪切變形特性、格體內(nèi)、外土壓力分布以及格體環(huán)向應(yīng)力等特性，并研究了格型鋼板樁結(jié)構(gòu)在波浪靜力作用下的承載機(jī)理和破壞模式，為格型鋼板樁結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用和實(shí)用設(shè)