大直径钢圆筒变形特性分析* 一期工程的主要技术问题与研究成果

大直径钢圆筒已在国内外港口、跨海桥梁等工程中应用,但对于大直径钢圆筒的变形特性认识依然不足。基于国家科技支撑计划项目依托工程——港珠澳大桥东人工岛岛壁结构-钢圆筒的深层水平位移实测资料,结合数值模拟,对大直径钢圆筒变形特性进行探讨。实测资料和数值模拟结果表明：钢圆筒结构随着筒内土体固结程度,其变形特性近似于重力式结构。     

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。     

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。     

堆载作用下装配式钢圆筒稳定及变形分析

针对深厚软土地基及堆载作用的复杂条件,采用装配式钢圆筒护岸结构,开展结构稳定及变形分析。首先确定合理的结构方案,并通过条分法分析护岸整体稳定性,其次采用数值模拟法分析钢圆筒在堆载作用下的变形特性,最后通过离心模型试验验证装配式钢圆筒护岸的可靠性。结果表明：在深厚软土地基条件下,利用深插式钢圆筒截断堆载作用下的深层滑动面,保障护岸的整体稳定;当堆载作用距离护岸轴线120 m时,钢圆筒顶部位移约10 cm,筒体向海侧倾斜0.09°。通过堆载距离的控制,其作用下钢圆筒变形对重要建筑物结构影响较小,为钢圆筒护岸建设提供理论支撑。     

考虑土体竖向剪切刚度的大直径圆筒结构变位计算方法

文中建立了考虑土体对筒壁竖向变形剪切刚度时大直径圆筒挡墙结构变位的计算方法在对实验资料和各种计算方法进行比较和分析的基础上，提出了一种考虑筒壁与内外土体摩阻作用的土体剪切变形系数模型。通过实验数据资料测定了有关计算模型参数，用本文方法对上条件下大直径圆筒结构的位移进行计算，并与实测结果与基佗计算方法进行比较、分析     

插入式大圆筒结构稳定性计算方法研究

本文依托某外海大直径钢圆筒防波堤工程,借鉴相关调研成果和工程经验,提出了大圆筒结构稳定性分析的计算方法,并对依托工程大圆筒结构稳定性进行了计算分析。计算结果对实际工程应用提供了理论依据,并对其他相似工程提供一定的借鉴意义。     

深中通道组合结构圆筒的围堰设计方案

深中通道西人工岛岸壁的主体结构由57个大直径（28 m）钢圆筒及副格形成止水围堰。钢圆筒的造价较高,而且在海水环境下,钢圆筒的耐腐蚀性较差、后期维护费用较高。设计一种钢材与钢筋混凝土组合结构的圆筒方案,取代钢结构圆筒,并对此结构的可靠性、施工可行性和经济性与钢圆筒进行对比。结果表明,组合结构圆筒方案总体可行、可靠性高、成本较低,可为类似工程提供借鉴。     

大直径圆柱壳结构与土体相互作用的一种耦合数值模拟方法

对于大直径圆柱壳结构及其土体分别采用壳单元和沿深度分层施加的三维空间弹簧单元进行模拟,推演了一种耦合数值分析方法,综合考虑了土体特性、土体深度及变形情况等因素。采用壳单元和弹簧单元的耦合数值处理可以有效地模拟大直径圆柱壳结构与土体之间的非线性相互作用机制。通过对实际工程的计算,所得到的圆柱壳结构在荷载作用下的受力状态以及位移与变形分布情况等结果均较为理想。     

广州番禺南沙蒲洲海堤护岸工程大直径钢圆筒振动下沉设备及工艺的研究与应用

本文以广州番禺南沙蒲洲海堤护岸工程为例，介绍了大直径钢圆筒的新结构、振沉钢圆筒的新设备和多台液压振动锤同步振沉的新工艺，可供类似工程参考。     

港珠澳大桥西人工岛围护结构正式施工

5月15日,港珠澳大桥岛隧工程西人工岛首个钢圆筒顺利振沉,标志着人工岛围护结构正式开始施工。首个钢圆筒直径22 m,高40.5 m,振沉插入泥面21 m,为目前国内直径最大、高度最高的钢圆筒结构,也是世界上体量最大的钢圆筒结构。这也是全世界第一次采用8台液压振动锤联动振沉体系进行钢圆筒的振沉。