沉入式大圆筒结构入土深度计算方法研究

《沉入式大圆筒结构入土深度计算方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、水利学报2004年4月SHUILIXUEBAO第4期文章编号0559-9350(2004)04-0096-05沉入式大圆筒结构入土深度计算方法研究112王元战董少伟王玉红(1.天津大学港口工程系天津3000722.中交第一航务工程勘察设计院天津300222)摘要沉入式大圆筒结构是一种适用于软土地基的新型港口与海岸水工建筑物本文在由水平力和力矩平衡条件建立的入土深度计算方法的基础上进一步考虑竖向力平衡条件建立了沉入式大圆筒结构满足稳定性要求的新的入土深度计算方法针对一工程实例的设计条件研究了土性指标取值

2、波浪力大小和竖向力平衡条件对沉入式大圆筒结构稳定性(入土深度)的影响结果表明土性指标和波浪力对大圆筒结构的稳定性均有显著影响且土性指标的影响大于波浪力的影响当竖向力较大时竖向力平衡条件对大圆筒结构的稳定性也有较大影响建议在实际工程设计中应准确选取土性指标并采用考虑竖向力平衡条件的稳定性计算方法关键词沉入式大圆筒稳定性竖向力平衡中图分类号U656文献标识码A大圆筒结构是由无底大直径钢筋混凝土或钢圆筒薄壳连续排列构成的码头防波堤导流堤等水工建筑物是近年来在我国发展起来的一种新型结构在多项大型国家建设项目中

3、采用对于大圆筒结构的受力状态工作机理以及设计与计算方法等国内外均开展了一些研究工作通过现场观测室内模型试验理论分析和数值模拟取得了大量研究成果在实验研究方面文献[13]进行了大圆筒结构筒内外土压力及其分布基床应力及其分布结构滑动和倾覆稳定性等实验研究工作在设计与计算方法方面文献[46]分别给出了大圆筒结构稳定性和变位计算方法在数值计算方法方面文献[79]建立了大圆筒结构与软土相互作用分析的壳体单元-接触面单元非线性土体单元的耦合数值模型上述研究工作使人们对大圆筒结构的工作机理土压力特性内力特性和稳定性

4、等有了更为深入的了解并提出了不少设计理论和计算方法但是在沉入式大圆筒结构的实际应用中依然出现了包括倾覆破坏在内的很多工程问题因此关于沉入式大圆筒结构的工作机理及其设计计算方法特别是在深厚软土地基中的稳定性计算方法仍是有待深入研究的课题[10]作者在先前的研究成果中通过水平力和力矩极限平衡条件建立了大圆筒结构稳定性计算方法该方法在某大型工程的大圆筒结构倾覆破坏分析中得到应用但是在该方法中假设作用于圆筒上的水平土抗力竖向土摩阻力地基土竖向反力等均达到其极限值而没有考虑竖向力平衡条件实际上若假设竖向土摩阻力

5、地基土竖向反力等均达到其极限值在与结构自重和竖向外荷载构成的力系中往往不满足竖向力平衡条件也就是说受竖向力平衡条件限制使部分竖向力不可能达到其极限值本文进一步考虑竖向力平衡条件建立了沉入式大圆筒结构满足稳定性要求的新的入土深度计算方法1稳定性分析模型假设结构的稳定性由土的嵌固作用来维持沉入式大圆筒结构稳定性分析模型如图1所收稿日期2003-03-24基金项目国家自然科学基金资助项目(50279027)天津市自然科学基金资助课题(973606311)作者简介王元战(1958)男天津人博士教授主要从事港口

6、海岸及近海工程结构设计理论和方法土与结构相互作用结构动力分析理论和方法等方面的研究1水利学报2004年4月SHUILIXUEBAO第4期示圆简横截面如图2所示该分析模型与板桩稳定性分析模型的主要差别是由于圆筒直径很大除水平土抗力外还考虑了筒内外土体对筒壁的竖向作用力筒底土反力和土体作用于筒底的水平切力的作用设圆筒沉入地基的深度为t在距地基表面为H高度处的集中力P作用下圆筒将绕地表以下某一点C发生转动作用在筒体上的力除水平外荷P外还包括筒体左侧土体水平抗力Py筒体右侧土抗水平抗力Rc土体作用于筒底的水平

7、切力T筒底土反力筒内外土体对筒壁的竖向作用力123和4以及筒体自重和其它作用于筒体上的竖向力V图1大直径圆筒码头稳定性分析模型图2圆筒横截面在外荷载作用下筒体绕C点发生向左的转动在极限状态设计方法中可假设筒体左侧水平土抗力[11]Py筒体右侧水平土抗力Rc(简化过程及计算参照无锚板桩)土体作用于筒底的水平切力T筒底土反力筒体左侧内外土体对筒壁向上的竖向作用力3和4均达到其极限值但是如果假设筒体右侧内外土体对筒壁向下的竖向作用力1和2也达到极限状态的摩擦力的话可能出现不满足竖向力平衡条件的情况也就是说受

8、竖向力平衡条件的限制筒体右侧内外土体对筒壁向下的竖向作用力1和2可能达不到极限状态的摩擦力它们应是待求的未知量2土作用力计算2.1筒体左侧水平土抗力Py假设地基土体为均质黏土作用于筒体左侧的水平土抗力Py可用郎金土压力理论给出的被动土压力与主动土压力之差表示P=αD[γ()K−Ky+2c(K+K)](1)yPaPa式中a为连续圆筒墙背土压力折减系数D为筒体外径γ为土的重度C为土的黏聚力Ka为主动土压力系数Kp为被动土压力系数y为计算点距地基地面以下的深度