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

1、格型鋼板樁結(jié)構(gòu)格型鋼板樁結(jié)構(gòu)承載機理及數(shù)值承載機理及數(shù)值計算方法研究計算方法研究BearingMechanicsNumericalCalculationMethodsofSteelSheetPileCellularStructures一級學(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社會、經(jīng)濟發(fā)展最活躍的渤海灣沿岸、連云港以南的蘇北沿海、長江口、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)計帶來巨大困難。在軟土地基上進行港口與海岸建設(shè)是無法回避的問題。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)場通過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，承載機理

3、和破壞模式尚不清楚，缺乏可靠的設(shè)計與計算方法，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)力對軟土強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理、破壞模式和穩(wěn)定特性等，也是有待解決的問題。本文結(jié)合實際工程，以格型鋼板樁防波堤和碼頭為主要研究對象開展一系列的研究工作。主要內(nèi)容和結(jié)論如下：1.針對格型鋼板樁結(jié)構(gòu)的幾何特性和結(jié)構(gòu)特點，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轉(zhuǎn)動，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)值計算，同時建立不考慮板樁間鉸接特性的殼體單元模型和整體的實體單元模型的簡化建模方法。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度折減法，以及格體強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。針對工程算例，驗證了有限元數(shù)值模型對格體環(huán)向應(yīng)力分析以及穩(wěn)定性分析的準確性。2.針對具體工程算例，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理和破壞模式，為格型鋼板樁結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用和實用設(shè)