论文部分内容阅读
卧式圆筒结构是一种适合在软土地基上建造防波堤和围埝的新型基础结构,该结构是由主圆筒、两侧翼板及挡土墙组成的整体预制结构,其中主圆筒的直径和厚度、翼板与挡土墙的长度和厚度均可以根据实际需要调节。目前国内外使用的防波堤主要类型为重力式直立堤、抛石斜坡堤、半圆筒防波堤以及沉箱墩式透空防波堤,以上种类防波堤都有成熟的设计方法和施工技术,但这些防波堤结构施工周期较长,用石量大,而且需要基槽挖泥、基床抛石、基床穷实和基床整平等一系列施工工序,不利于降低工程成本,可重复利用性不强。卧式圆筒是一种空心薄壁结构,整体宽大、重量轻,给地基施加的附加压力小;结构中部有一定的埋深,可将结构自重压力传递到深层较好的地基土上;利用结构宽大,浅层软土提供的粘聚力维持结构的水平抗滑稳定性,且可以重复利用,符合可持续发展的经济理念。首先,本文通过物理模型试验得出了卧式圆筒结构的破坏模式和应力分布,并将试验所得出的破坏模式和应力分布与有限元模拟所得出的破坏模式和应力分布对比分析,通过调整模型参数,有限元ABAQUS中的Mohr-Coulomb模型可以较为准确合理地对卧式圆筒结构进行模拟。其次,基于有限元ABAQUS软件,结合天津港二港岛西内堤防波堤和围埝工程,建立卧式圆筒结构工程尺度的有限元模型,对三种泥面各个水位进行数值模拟,并对结构的基底应力、土压力以及结构位移等进行了分析,得出了卧式圆筒结构的失稳破坏机理。最后,参考重力式结构稳定性计算方法,根据极限平衡理论对卧式圆筒结构提出稳定性简化计算方法,提取模型中的数据与简化算法所得数据对比分析,通过对简化算法修正得出适用于卧式圆筒结构的稳定性计算方法,并对原始设计方案中初设尺寸进行优化分析,得出最优断面尺寸,分析表明卧式圆筒结构在一定程度上可以节约造价。本文结合了室内试验和实际工程对卧式圆筒结构的稳定性进行了研究和分析,并对实际工程进行了有限元模拟,提出了卧式圆筒结构的简化算法,且对结构尺寸进行了优化,所得成果对于卧式圆筒结构的推广具有重要意义。