沉入式大圆筒码头结构稳定性有限元分析方法研究

摘要

沉入式大圆筒码头是一种新型的港口、海岸工程建筑物结构,相比于传统型式的结构,它并不需要很强的持力层,特别适用于软土地基,而且造价低、工期短,更能满足现如今高速发展的港口与海岸工程建设事业的高要求,拥有广阔的应用前景。然而,因为该新型结构的工作机理较为复杂,当前仍缺乏可以被普遍认可和应用的理论体系和计算方法,尤其结构的稳定性分析成为其应用与推广的关键问题。
　　针对上述问题,本文采用有限元数值分析模型开展了针对沉入式大圆筒码头稳定性分析方法的研究工作,主要完成的工作包括了以下几方面内容:
　　1)建立沉入式大圆筒结构稳定性分析的有限元强度折减法,为解决大圆筒码头承载复杂、不便分析的难题,将常用于边坡稳定问题研究的有限元强度折减法应用于沉入式大圆筒结构的稳定性分析中。依据强度折减法的基本原理,建立三维弹塑性有限元分析模型,经过相应的稳定性分析步骤,确定结构的稳定性安全系数,并通过某防波堤工程算例,将该方法的计算结果与现有比较成熟的有限元加载系数法进行对比,验证了该方法的正确性与可行性。
　　2)采用有限元强度折减法,研究了沉入式大圆筒码头的失稳破坏模式及土压力分布性状,据此提出了圆筒结构的土压力简化计算方法;分析了沉入式大圆筒码头的稳定性影响因素以及该结构的整体失稳破坏模式。
　　3)建立沉入式大圆筒码头稳定性分析的有限元位移控制法,为求解大圆筒码头的极限承载力并避免有限元极值求解的不稳定性,采用有限元位移控制法分析大圆筒码头的稳定性。通过引入荷载合力作用点的位移增量反求荷载增量,直至达到极限状态,确定结构的极限承载力。分析极限状况下的结构受力特性,建立以极限承载力为主要因素的结构稳定性安全系数计算方法。
　　4)在有限元强度折减法的分析基础上,建立了沉入式大圆筒码头抗倾稳定性分析的简化计算方法,并对比强度折减法的计算结果,验证了该简化算法的正确性。

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第一章绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2大圆筒结构的相关研究现状

1.3论文的主要工作

第二章土与结构相互作用的有限元基本理论

2.1弹塑性增量有限元法的基本思想

2.2有限单元类型的选取

2.3土体各类抗剪强度指标的转换

第三章沉入式大圆筒结构稳定性分析的有限元强度折减法

3.1有限元强度折减法原理及应用

3.2沉入式大圆筒结构有限元强度折减法分析

3.3沉入式大圆筒码头有限元强度折减法分析算例

第四章沉入式大圆筒结构稳定性分析的有限元位移控制法

4.1有限元位移控制法原理及应用

4.2沉入式大圆筒结构有限元位移控制法分析

第五章沉入式大圆筒码头结构稳定性分析的简化计算方法

5.1大圆筒码头结构抗倾稳定性简化分析思路

5.2具体简化模型的建立

5.3简化计算方法求解步骤

5.4与有限元强度折减法的对比、验证

第六章结论与展望

6.1本文的主要结论

6.2课题展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢