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沉入式大圆筒稳定性分析的简化及三维弹塑性有限元方法
| 论文题名： | 沉入式大圆筒稳定性分析的简化及三维弹塑性有限元方法 |
| 关键词： | 沉入式大圆筒;结构稳定性;三维弹塑性;有限元模型 |
| 摘要： | 大直径圆筒新型结构之所以被国内外广泛关注，是因为其自身具有诸多优点，如适合淤泥质海岸软土地基、工程造价低、施工工期短、耐久性好。但由于大圆筒结构自身具有某些特点，而且筒内填料及地基土对结构作用的机理比较复杂，目前存在的简化方法和数值方法计算所得差异较大，其稳定性设计方法成为其应用的关键问题。 本文采用平面简化模型和三维弹塑性有限元模型，对沉入式大圆筒结构稳定性问题进行了研究。计算分析表明，两种方法的计算结论能够较好地吻合，为今后平面简化方法和三维数值分析的结合开辟了方向。 在平面简化模型计算方面，目前计算方法大多假设圆筒围绕轴线上某点转动，而本文假设沉入式大圆筒结构具有绕圆筒轴线上和母线上某一点转动两种转动模式。本文改进了基于无锚板桩稳定性设计方法，针对不同的荷载情况和变位模式，提出四种计算模型并运用改进后的模型计算分析了某实际工程。通过荷载对结构的作用情况，分析得出沉入式大圆筒结构绕圆筒母线上某一点转动的改进模型更加符合实际情况，可作为圆筒沉入深度设计的参考方法。 在三维数值计算分析方面，应用非线性有限元分析软件ABAQUS，使用本文提出的平面模型计算所得的入土深度作为已知条件，采用修正的Drucker-Prager本构模型，进行三维弹性和弹塑性有限元分析。两种模型中，随着外部荷载的增加，泥面最大水平位移和圆筒转角均增加，并且弹塑性模型增加的更快。在同一种入土深度下，当外部荷载较小时，二者差别不大。通过对两种入土深度下建立的弹塑性有限元模型进行比较得出，入土深度对其泥面最大水平位移、转角等稳定性指标影响明显，可见沉入式大圆筒结构入土深度的计算是其稳定性设计的关键问题。 本文建议，沉入式大圆筒结构稳定性设计中，用本文提出的简化模型中绕前端母线上一点转动的模式，计算得出入土深度；采用三维弹塑性有限元模型计算大圆筒结构位移，根据泥面处位移控制条件验算结构的稳定性，是一种可行方法。 |
| 作者： | 张鑫 |
| 专业： | 港口、海岸及近海工程 |
| 导师： | 王元战 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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