箱筒型基础防波堤基础筒土压力数值模拟研究*

通过将波浪荷载作用下箱筒型基础防波堤问题简化为平面应变问题,利用有限元数值模拟,分析在波浪荷载作用下防波堤基础筒壁的土压力分布和发展变化情况。数值计算表明:波浪荷载作用下港侧基础筒外土压力有显著增长,海侧基础筒外土压力有显著降低,是影响防波堤稳定的重要因素。中间隔墙内土压力变化微小,土体与防波堤位移大致相同。海侧基础筒港侧内墙和港侧基础筒靠海一侧内墙上土压力分别发生一定程度的降低和一定程度的增长。同时分析了用于稳定性简化计算的极限状态下各路径上的土压力近似分布。     

深埋式大直径钢圆筒结构与土的共同作用

土压力是钢圆筒结构的主要外荷载之一,是分析钢圆筒与土共同作用机理的最重要一环。结合港珠澳大桥岛隧工程西人工岛项目实例,以有限元软件PLAXIS 3D作为分析平台,建立深埋式大直径钢圆筒岛壁结构整体空间弹塑性有限元模型。分析钢圆筒结构的筒前被动土压力分布曲线与筒底竖向土压力分布曲线,并与同工况下二维平面等效理论计算方法得到的土压力曲线以及经典朗肯、库仑土压力进行对比。结果表明,三维数值模拟钢圆筒结构筒前被动土压力最小,随深度增长的趋势与经典土压力相吻合;三维数值模拟筒底竖向土压力与二维平面等效计算结果在分布趋势和数值方面都基本吻合。     

基于强度折减法的格仓式圆筒围堰稳定性有限元分析

格仓式圆筒作为深厚软土地基上人工岛围堰主体结构,其在围堰内部填土、外部尚未抛石斜坡堤工况下作用荷载复杂,难以采用有限元加载系数法进行稳定性分析。结合工程算例,基于强度折减法建立格仓式圆筒围堰三维弹塑性有限元分析模型。建议了基于强度折减系数-位移(Fv-S)曲线突变点法失稳判别标准,得到格仓式圆筒失稳模式和稳定性安全系数。结果表明格仓式圆筒结构失稳模式为筒体倾覆破坏,稳定性安全系数随格体入土深度增加而增大,随水平荷载和后方堆载的增加而减小。研究成果可为格仓式圆筒围堰工程设计提供借鉴和参考。     

插入式钢圆筒筒内侧土压力分布规律及计算方法

针对插入式钢圆筒筒内土压力计算理论多样性、计算结果差别大的问题,分析筒内土压力分布规律及计算方法。结合港珠澳大桥岛隧工程西人工岛X37#钢圆筒,采用有限元软件PLAXIS 3D和多种理论计算方法对比分析筒内土压力。结果表明：筒内土压力不是随深度增加一直增大,库拉依宁法计算筒内土压力结果与三维有限元软件分析结果比较吻合,在工程设计中可以采用库拉依宁法计算筒内土压力。分析成果可以为钢圆筒筒壁水平张力计算提供依据,从而合理确定钢圆筒筒壁厚度。     

不同受力状态下沉入式大圆筒结构入土深度计算方法

沉入式大圆筒结构是一种适用于软土地基的码头、海岸及近海工程水工建筑物,沉入式大圆筒结构入土深度确定是该种结构稳定性设计的关键内容。假设圆筒绕筒轴线上某一点和绕筒母线上某一点转动二种变位模式;根据作用于圆筒上竖向力的大小,土对筒壁的摩阻力考虑竖直向上和向下二种情况;在土对筒壁的摩阻力竖直向上的情况下,考虑背离转动方向一侧地基土对筒底的反力作用。根据水平力、竖向力和力矩平衡条件,建立了沉入式大圆筒结构入土深度计算方法,对现有方法做了修改和完善。结合工程实例,对不同计算模式进行了比较分析,并研究了作用于圆筒上的竖向力和水平力对入土深度的影响。     

沉入式新型桶式防波堤抗倾滑移定性计算

作为一种轻型直壁式防波堤结构,在波浪荷载作用下,新型桶式防波堤抗滑移稳定性是这种桶式基础结构稳定性计算的重要部分,由于这种桶体结构的复杂性,规范中尚未提出针对这种新型结构的抗滑稳定性计算方法。假设沉入较深土层的桶式防波堤极限状态下的抗滑稳定性主要由桶壁土压力、桶底土剪力、桶土自重维持,桶与土体看作一个整体,其工作原理与重力式挡土墙类似,在波浪荷载作用下桶体绕转动中心转动,陆侧桶壁为被动区域,海侧桶壁为主动区域。假定极限状态下桶体两端顶部分别达到被动土压力状态、主动土压力状态,同时在桶体底部土体剪力也达到极限状态。基于上述假设,通过解析的方式,建立了考虑桶体转动影响的三维桶式防波堤抗滑稳定性计算方法。     

沉入式大圆筒结构内填土压力数值分析

沉入式大圆筒结构是一种适用于软土地基的码头结构形式,研究圆筒内填土压力对于筒壳强度的计算及其稳定性分析都有着直接关系。文中借助ANSYS软件建模,通过数值解得出圆筒入土5m工况下的压力分布规律,并与杨森公式比较,分析其变化规律;最后给出圆筒不同入土深度下的筒内土压力分布规律。     

基于Plaxis 3D空间的钢圆筒围护结构稳定性控制

钢圆筒围护结构为桥墩施工创造干施工环境,是施工期重要的临时辅助结构。基于有限元软件Plaxis 3D建立空间有限元模型模拟钢圆筒围护结构的施工过程,采用线弹性模型模拟大圆筒结构,采用Hardening soil model定义土体的本构关系,并在圆筒与筒内土、筒外土之间均加入界面单元模拟接触的实际性质。通过计算不同工况下钢圆筒本身的变位和土体产生的位移,探讨减小圆筒变位、增加结构稳定性的措施。     

深厚软土地基上插入式钢圆筒的结构稳定性

结合港珠澳大桥岛隧工程东人工岛工程实例,基于 PLAXIS 3D 有限元软件计算平台,利用可同时考虑剪切硬化和压缩硬化的土体弹塑性本构模型 Hardening-soil model,对深插式大直径钢圆筒岛壁结构三维数值计算展开研究,分析施工全过程中各控制工况下钢圆筒的变位情况,并与二维理论计算和现场实测位移相验证,探讨深厚软黏土地基上大圆筒结构的变形与稳定特性。结果表明,三维数值模拟钢圆筒位移和实测位移相近,两者均大于二维平面等效计算位移值;当钢圆筒有足够的直径和埋深时,即使其插入深厚软黏土地基,水平和竖向变位均较大,但是其结构稳定性也较好。分析成果对类似工程以及大直径钢圆筒结构在软土地基上的推广应用具有一定的参考意义。     

薄壁钢护筒-钢筋混凝土柱偏心受压破坏机理研究

薄壁钢护筒与钢筋混凝土联合受力架空直立式作为一种新的码头结构形式逐渐被应用到实际工程中,然而绝大多数的组合构件处于偏心受压状态。目前对应用于码头结构的薄壁钢护筒-钢筋混凝土组合结构偏心受压承载性能的研究较少,还未有定论。对薄壁钢护筒-钢筋混凝土柱进行单向偏心受压承载性能试验,通过各试件的破坏状态和试验数据,得到荷载-应变曲线,分析其破坏机理。结果表明:钢护筒壁厚的增大和偏心率的减小对结构承载性能提升有直接影响,可为实际工程中的结构设计提供参考。