超大型沉箱稳定性及其贮仓压力的物理模型试验及数值模拟研究

论文摘要

随着世界经济的持续发展以及全球化进程的加深,港口作为连接世界各国的桥梁与纽带也迎来了新的发展机遇。我国陆续兴建了很多大型码头以满足进出口贸易额的持续增加。重力式沉箱结构在地基良好的地区得到广泛应用,但目前采用的重力式码头设计规范,基本都是从以往已建的中小型重力式码头上总结而来。对于总高度高、重量大的超大型沉箱结构码头的设计缺乏经验,没有成熟的工程实例可供借鉴。因此对于超大型沉箱结构的研究在今后的码头建设及经济发展中起着至关重要的作用。本文首先对前人在相关领域的研究进行了归纳与总结,然后以福建省湄洲湾超大型沉箱结构散货码头为工程背景进行了物理模型试验研究。根据相似理论对沉箱的尺寸、荷载等工程条件进行缩放,按照码头在实际运行中可能产生的荷载组合进行试验,验证超大型沉箱结构在施工期及使用期各荷载组合作用下的整体稳定性。根据试验数据的分析,建议沉箱施工时在混凝土胸墙浇注后再进行墙后回填以减小沉箱在施工期产生的位移。沉箱在荷载作用下向海侧发生极小倾斜,结构保持稳定。进行破坏性试验时,增大后方荷载使得沉箱向海侧产生较大位移。建议在码头运行中尽量避免后方堆场长期超载使用。在模型试验完成之后,利用大型有限元分析软件ABAQUS建立三维数值模型,对超大型沉箱的整体稳定性进行数值模拟分析;针对数值分析结果中码头各部位出现的变形及应力集中等现象,对码头的施工及使用提出合理的建议。然后再建立超大型沉箱仓格的三维数值模型对贮仓压力进行数值模拟研究,将分析结果与现行规范中的贮仓压力计算公式的计算结果相比较,对比表明二者相差较小。实际工程中可能出现仓内填料为非单一填料的情况,针对此类情况进行数值模拟分析表明规范中贮仓压力计算公式不适用于非单一填料贮仓压力的计算。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 前人的相关研究回顾
• 1.2.1 重力式码头
• 1.2.2 沉箱物理模型试验
• 1.2.3 沉箱贮仓压力的研究
• 1.2.4 沉箱稳定性数值模拟的研究
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 超大型沉箱结构物理模型试验
• 2.1 物理模型实验理论
• 2.1.1 物理模型试验的意义
• 2.1.2 模型试验相似理论
• 2.1.3 重力相似准则
• 2.2 模型试验整体介绍
• 2.2.1 工程背景简介
• 2.2.2 试验基础条件
• 2.2.3 试验内容
• 2.2.4 试验的比尺效应
• 2.2.5 试验整体制作
• 2.2.6 数据测量方法
• 2.3 试验数据分析
• 2.3.1 施工期
• 2.3.2 试验工况一
• 2.3.3 试验工况二
• 2.3.4 试验工况一和试验工况二的比较
• 2.3.5 试验工况三
• 2.3.6 试验工况四
• 2.3.7 试验工况三和试验工况四的比较
• 2.3.8 破坏性试验
• 2.3.9 破坏性试验的比较
• 2.4 试验结论与建议
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于ABAQUS 的超大型沉箱稳定性数值模拟研究
• 3.1 有限元分析理论与ABAQUS 简介
• 3.1.1 有限元三维模型的基本方程
• 3.1.2 ABAQUS 软件简介
• 3.1.3 Mohr-Coulomb 模型
• 3.2 初始地应力平衡
• 3.3 基于ABAQUS 的超大型沉箱稳定性数值模拟研究
• 3.3.1 模型一设置
• 3.3.2 模型一计算结果
• 3.3.3 模型二设置
• 3.3.4 模型二计算结果
• 3.3.5 数值模拟结论
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于ABAQUS 的超大型沉箱贮仓压力数值模拟研究
• 4.1 沉箱贮仓压力的计算公式
• 4.2 仓格内为单一填料时贮仓压力数值模拟研究
• 4.2.1 模型设置
• 4.2.2 结果对比
• 4.2.3 数值模拟结论
• 4.3 仓格内为非单一填料时贮仓压力数值模拟研究
• 4.3.1 模型设置
• 4.3.2 结果对比
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与建议
• 5.1 总结
• 5.2 建议
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢