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船坞坞口变截面底板应力及地基承载力数值分析

陶园  
【摘要】:船坞坞口位于水陆交接处,设计要求极高。为了满足工艺要求及结构性能方面要求,船坞坞口底板纵断面常设计成变断面的形式,坞口底板不同位置的刚度是不同的,同时船坞坞口要设置闸门用以控制检修船只的进入,闸门的设置在一定程度上会影响底板及侧墙的应力。船坞坞口底板较坞室底板厚、重量大、受到水平水压力和竖向荷载共同作用,因此在两种荷载共同作用下的地基极限承载力有待研究。 本文针对上述两个问题进行研究,首先对江都某船坞坞口底板进行了三维有限元结构分析,考虑坞口翼墙作用及底板与地基土体的相互作用特性,分析了不同水位及闸门是否开启等六种工况下坞口底板的应力、土体的沉降以及二者之间的接触反力。结果显示,闸门开启和闸门关闭时,船坞底板变截面位置的应力区别很大,顶层与底层对应位置的应力分布基本一致(变截面位置除外);坞口底板沉降相对较大,应成为重点研究对象。同时将有限元数值模拟结果与传统的地基梁理论对比,证明本文有限元模拟结果的正确性。 其次通过荷载位移控制的数值模拟方法对地基土体在垂直—水平荷载作用下地基破坏的过程进行了模拟,讨论了剪胀角、基底摩擦系数以及内摩擦角对地基破坏形式及承载力的影响。结果证明,剪胀角的大小直接影响地基土体的破坏形式,并给出了数值模拟中剪胀角的建议取值;地基承载力随着基底摩擦系数的增加而增大,当基底摩擦系数为0-0.3以及0.8-1之间时,摩擦系数对地基承载力的影响较大,而其数值在0.3-0.8之间时,摩擦系数影响不明显。同时,模拟了垂直—水平荷载作用下的地基破坏形式并得到了极限荷载的数值解,以得到的数值解为基础,提出了一个垂直—水平荷载作用下地基破坏的包络曲线方程。 将该船坞坞口断面进行简化,利用数值模拟的方法得到不同竖垂直—水平荷载作用下坞口地基土的破坏形式以及不同垂直荷载作用下的水平极限承载力,并与提出的包络曲线方程进行对比分析,说明公式及模拟结果的正确性。考虑船坞的实际,得到了通常情况下该船坞的地基土处于稳定状态,若船坞坞口地基土发生破坏,则以浅层滑动为主的结论。 本文主要是通过数值模拟的方法来实现船坞坞口底板应力及地基承载力问题的研究,一方面进一步验证了数值模拟在复杂的水利工程问题中的应用价值,另一方面,为类似的工程实际提供一些借鉴意义。


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