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原文传递新型板桩码头结构与地基相互作用数值分析研究

论文题名：	新型板桩码头结构与地基相互作用数值分析研究
关键词：	板桩码头;码头结构;地基;桩土相互作用;数值计算;计算方法;工程研究;本构模型;设计与优化;分布与变化规律;遮帘;系统研究;土压力;结构与土的相互作用;地连墙;作用机理;研究成果;新型结构;土体;结构形式
摘要：	板桩结构作为码头结构形式之一,经历了几十年的发展,为了适应国民经济的不断发展,船舶大型化发展要求,也不断地向现代化、大型化、深水化方向发展。唐山港京唐港10万吨级通用散货码头,由中交第一航务工程勘察设计研究院设计,创造性地提出了一种全新的码头结构形式——遮帘式地连墙板桩码头结构,是在传统板桩码头结构前墙后面设置一排遮帘桩,用来承担一部分土压力,以达到深水泊位的要求,这也是目前世界上最大的板桩码头。　　由于该新型结构首次采用,缺少相关设计规范和计算方法,给工程的设计,施工与优化带来了极大困难,因而有必要系统研究桩身与墙体的变形、拉杆力的变化、以及桩与墙体土压力及弯矩的分布与变化规律等,为工程设计与优化提供技术支持。新型遮帘式地连墙板桩码头设计理论及工作机理中核心问题是新型结构与土的相互作用和计算方法的问题。而基于桩、土材料不同特性而建立力学模型,及与实际工程相一致的计算方法,一直是土木工程研究的热点和难点。　　本文在广泛收集国内外研究成果的基础上,通过土工实验、理论分析、数值计算等手段,对桩土相互作用和数值计算方法进行了系统深入的研究,为研究新型码头结构作用机理提供系统实用的分析方法,研究成果也可应用于类似的土木和水利工程问题。主要工作内容如下: 　　 (1)通过室内试验,对研究区域土体的强度和变形特征进行了系统实验研究,对当前数值计算简化分析常用假设进行分析评价,结合工程研究中存在的问题,指出其中的不足,针对研究区域以粉细砂为主的特点,对工程界常用的土体本构模型的适用性进行分析评价。　　 (2)针对目前数值计算中,由于计算方法和数值处理方式的不同,使得工程数值计算结论缺少可比性。本文在比较分析的基础上,选用能驾驭强大的非线性计算能力和良好的前后处理平台的商用软件,进行二次开发,建立了静态土体常用本构模型库,计算表明,本构模型库子程序运行稳定,结果可靠。　　 (3)桩土相互作用是目前土工数值计算的难点和热点,而建立桩土接触本构模型是关键。本文在基于接触力学的基础上,通过结构几何关系的准确描述,来判别物体之间的接触关系,因而在处理位移不连续现象具有更大的优越性。　　 (4)开展了不同相对密度的细砂与不同粗糙度水泥板的直剪试验,系统研究了细砂与水泥板接触力学特征。　　 (5)采用大型通用有限元分析软件ABAQUS,在二次开发的基础上,建立三维有限元分析模型,考虑桩、土及结构三者之间相互作用,比较真实的模拟了遮帘式地连墙板桩码头成桩、浚深挖泥及场地结构面堆载的全过程,并与相似试验结果比较,分析遮帘式板桩码头结构作用机理,探讨该新型码头结构与地基土体的相互作用,墙身与桩体的变形、拉杆力的变化、以及桩与墙体土压力及弯矩的分布与变化规律等,为工程设计与优化提供技术支持。
作者：	司海宝
专业：	岩土工程
导师：	蔡正银
授予学位：	博士
授予学位单位：	南京水利科学研究院
学位年度：	2010
正文语种：	中文