沉入式大直径圆筒结构土压力数值分析

摘要

大直径薄壳圆筒结构是近年来在我国发展起来的一种港口工程结构形式，随着海运事业的发展，大直径薄壳圆筒结构形式日益受到重视。由于此类结构受力条件复杂，分析其破坏和受力机理的方法尚不成熟，特别是沉入式大直径圆筒，土体与筒体结构相互作用机理十分复杂。大圆筒是三维空间结构体系，在结构计算上，与二维平面应变问题的重力式码头有较大差异，目前的土压力公式都不能很好地反映大直径圆筒结构在实际工作时的土压力分布情况。现阶段，国内外学者对大直径圆筒结构的数值分析主要是针对基床式的大直径圆筒结构，而且对于大直径圆筒结构水平土压力的分布以及考虑空间状态土压力的研究比较少。 本文采用大型有限元分析软件(ABAQUS分析软件)计算了不同工况下沉入式大直径圆筒结构的土压力，得出了不同筒径比、不同沉入深度、不同填料下大直径圆筒结构的水平土压力、竖向土压力的分布规律：另外，通过建立单筒和群筒两种模型，研究了沉入式大直径圆筒结构空间土压力的分布规律。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 概述

1.1研究背景

1.2研究现状

1.2.1模型试验研究

1.2.2土压力理论研究

1.2.3有限元数值模拟的工程应用

1.3研究意义

1.4研究内容及方法

第二章 沉入式大直径圆筒结构土压力的影响因素

2.1墙后土压力影响因素

2.1.1墙后土压力平面分布

2.1.2墙后土压力竖向分布

2.1.3墙后土压力的变位分析

2.2筒内土压力影响因素

2.3墙前土压力影响因素

第三章 沉入式大直径圆筒结构土压力数值分析

3.1数值分析的基本原理

3.1.1有限元方法简介

3.1.2典型分析步骤

3.1.3有限元分析软件ABAQUS

3.2计算模型

3.2.1土体本构关系

3.2.2土体与大直径圆筒混凝土面的接触模拟

3.2.3模型参数

3.2.4边界条件

3.2.5有限元模型

3.3 ABAQUS分析过程

3.3.1荷载的处理

3.3.2非线性问题的求解方法

3.4计算工况

3.4.1按不同筒径变化计算

3.4.2按不同埋深变化计算

3.4.3按不同填土内摩擦角变化计算

第四章 单筒模型计算结果及其分析

4.1简体土压力计算结果

4.1.1各筒径下的筒体应力

4.1.2各埋深下的筒体应力

4.1.3不同土体内摩擦角下的筒体应力

4.2筒后竖向土压力分析

4.2.1筒后竖向土压力随筒径改变的变化规律

4.2.2筒后竖向土压力随筒埋深改变的变化规律

4.2.3筒后竖向土压力随填料内摩擦角改变的变化规律

4.3筒前竖向土压力分析

4.2.1筒前竖向土压力随筒径比的变化规律

4.2.2筒前竖向土压力随筒埋深的变化规律

4.2.3筒前竖向土压力随填料内摩擦角的变化规律

4.4筒体水平土压力分析

4.4.1水平土压力随筒径比变化的规律

4.4.2水平土压力随筒埋深的变化规律

4.4.3水平土压力随填料内摩擦角变化的规律

4.5结论

4.5.1筒后竖布规律

4.5.2筒前竖向土压力分布规律

4.5.3筒后水平土压力分布规律

第五章 三筒模型计算结果及其分析

5.1筒体土压力计算结果

5.1.1各筒径下的筒体应力

5.1.2各埋深下的筒体应力

5.1.3不同土体内摩擦角下的简体应力

5.2筒后竖向土压力分析

5.2.1筒后竖向土压力随筒径比变化的规律

5.2.2筒后竖向土压力随筒埋深变化的规律

5.2.3筒后竖向土压力随填料内摩擦角变化的规律

5.3筒前竖向土压力分析

5.3.1筒前竖向土压力随筒径比变化的规律

5.3.2筒前竖向土压力随筒埋深变化的规律

5.3.3筒前竖向土压力随填料内摩擦角变化的规律

5.4水平土压力分布规律

5.4.1水平土压力随筒径比变化的规律

5.4.2水平土压力随筒埋深变化的规律

5.4.3水平土压力随填料内摩擦角变化的规律

5.5结论

5.5.1筒后竖向土压力分布规律

5.5.2筒前竖向土压力分布规律

5.5.3筒后水平土压力分布规律

第六章 土体拱效应分析

6.1土压力的空间理论

6.2土拱效应分析

6.2.1位移分析

6.2.2应力分析

第七章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献