大直徑圓筒結(jié)構(gòu)概述.ppt

大直徑圓筒結(jié)構(gòu) 主要內(nèi)容 結(jié)構(gòu)分類結(jié)構(gòu)特點使用特點工程實例受力特點結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析研究趨勢與展望 結(jié)構(gòu)分類 基床式 淺埋式 深埋式 插入式 結(jié)構(gòu)特點 空間薄殼結(jié)構(gòu) 1 材料 多為鋼筋混凝土或鋼2 尺寸 徑高比大于0 5 直徑D應(yīng)大于3m 厚徑比小于0 03 壁厚t可取200mm 400mm 圓筒高度H取決于筒頂和筒底高程 3 工作原理 依靠其自身重量以及內(nèi)部和上部填料的重量來承受外部荷載的作用 維持其穩(wěn)定性 用鋼量較少 抗震性好 使用特點 1 可以直接應(yīng)用在軟土地基上 特別適用于基礎(chǔ)軟弱的海域建造深水碼頭及其它海工建筑物2 快速成島需求 日本的關(guān)西機(jī)場 工程實例 2002年長江口航道整治二期導(dǎo)流堤試驗段4個直徑12m 高22 2m的混凝土結(jié)構(gòu)的大直徑圓筒工程實踐 是我國真正意義上大直徑圓筒振沉工藝的典型案例 受力特點 拱結(jié)構(gòu) 1 筒內(nèi)填料壓力 有底圓筒采用楊森公式法 無底圓筒則可采用竺存宏提出的經(jīng)驗公式 筒內(nèi)填料壓力沿筒高可分三個區(qū)域計算 如圖所示 楊森公式法 BC段填料垂直壓力 竺存宏經(jīng)驗公式 竺存宏認(rèn)為 影響筒內(nèi)填料壓力的主要因素有兩個 1 筒內(nèi)外土體的高差2 大圓筒的地基土性狀 判斷有無底 有底 無底 h0 h剛性地基 h0 h非剛性地基 2 筒后回填土壓力在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計算中 為簡化計算 一般用假想平面墻背代替實際的曲面墻背 偏于安全 假想平面墻確定的方法 靠近圓筒軸線的某一個垂直平面 其距離x一般為 0 35 0 38 D 則此假象平面圓筒后切面的距離為 R x 如下圖 深度h1段以下采用矩形分布 其值與建筑物入土部分的水平位移和地基土密度有關(guān) 可按下式計算 計算筒前土抗力時 假定以與圓筒外緣相切的平面為計算平面 3 筒前土抗力 4 筒周土壓力 簡化計算法 切瓦列夫公式 較為精確的計算法 從兩個相鄰圓筒之間的土體微分單元的平衡進(jìn)行分析研究 推導(dǎo)出計算大圓筒土壓力平面分布的一組新公式 若假設(shè)X方向應(yīng)力對 r和 沒有影響 K 0 Y方向應(yīng)力 y不隨y而變化 徑向力和切向力的關(guān)系與 無關(guān) 不考慮xy平面上的剪切力作用 由x方向力的平衡條件得 由y方向力的平衡條件得 求解的基本微分方程 切瓦列夫公式 5 波浪力 港口工程技術(shù)規(guī)范 推薦的大直徑圓筒波浪力計算方法 其實質(zhì)是借助直立堤的有關(guān)計算公式 然后引入某些相關(guān)修正系數(shù) 新的思路 只要有大量的現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)或?qū)嶒灁?shù)據(jù) 就可以通過多元線性回歸分析的方法對波浪荷載進(jìn)行研究 而不考慮結(jié)構(gòu)物周圍的波浪形態(tài) 考慮到的影響因素有 波高H0 筒前波高H 波數(shù)k 水深及結(jié)構(gòu)尺寸筒徑R等因素 綜合考慮波浪要素 圓筒直徑和水深對波浪力分布的影響 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析 基床和淺埋式大直徑圓筒結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析與一般的重力式結(jié)構(gòu)類似 這里需要著重討論的是插入式大直徑圓筒結(jié)構(gòu) 筒前土抗力參與其穩(wěn)定性的維持 具有樁土相互作用的性質(zhì)通過填料與筒壁的摩擦力來考慮填料對抗傾穩(wěn)定性所起的作用穩(wěn)定性的判斷標(biāo)準(zhǔn)為 允許的位移和轉(zhuǎn)角 假設(shè)圓筒的轉(zhuǎn)動點距離筒頂高h(yuǎn)u hu為與各種參數(shù)相關(guān)的量 圓筒的水平位移為u 豎直位移為v 轉(zhuǎn)角為 圓筒失穩(wěn)過程為從C點運動到C 傾覆破壞 轉(zhuǎn)動點高度一般位于筒底以上 0 15 0 25 倍大圓筒筒高處 在實際工程中 大圓筒的設(shè)計是以筒底為轉(zhuǎn)動點來設(shè)計的 而轉(zhuǎn)動點的上升導(dǎo)致負(fù)位移增大 基底拉應(yīng)力增大 因此 傳統(tǒng)的以筒底為轉(zhuǎn)動點的穩(wěn)定計算方法其位移計算結(jié)果不符合實際 因此導(dǎo)致一些已建的按傳統(tǒng)方法設(shè)計的實際工程產(chǎn)生失穩(wěn)破壞 填料抗傾模式隨筒徑的增大而變化 抗傾能力與筒徑大小密切相關(guān) 筒內(nèi)填料抗傾模式 重力式 過渡式 平面擋土墻式 筒徑D 設(shè) D0為筒內(nèi)填料可作為重力模式參加抗傾作用的最大內(nèi)徑 D1為筒內(nèi)填料可近似用擋土墻模式計算抗傾作用的最小內(nèi)徑則 1 重力式 D D0 對直徑很小的圓筒 由于筒內(nèi)壁與填料間的摩擦力大于筒內(nèi)填料自重 在摩擦力的作用下 筒內(nèi)填料不會產(chǎn)生脫落現(xiàn)象 筒像一個取土器 當(dāng)筒發(fā)生傾斜時 筒內(nèi)填料保持圓柱體形狀不變 筒內(nèi)填料作用在筒壁上的水平側(cè)壓力不發(fā)生變化 筒內(nèi)填料對筒抗傾作用的模式表現(xiàn)為重力式特征 2 過渡式 D0 D D1 此時 筒內(nèi)壁摩擦力起較大作用 筒壁的總摩擦力約相當(dāng)于筒內(nèi)填料重量的30 40 筒內(nèi)前 后壁主動土壓力及被動土壓力的特征開始發(fā)揮但不明顯 基本上依靠填料與筒壁間的摩擦力來抗傾 筒的抗傾模式既具有重力式特征 又具有平面擋土墻特征 筒內(nèi)填料處于抗傾的過渡模式 3 平面擋土墻式 D D1 由于大圓筒無底 在大圓筒傾斜過程中 筒內(nèi)填料的層間發(fā)生相互錯動 其形狀將由正圓柱體變成斜圓柱體 而筒壁的垂直摩擦力不可能使筒內(nèi)填料由正圓柱體變成斜圓柱體 故必須有水平力作用 該水平力即為筒內(nèi)前 后壁的主動土壓力與被動土壓力 當(dāng)筒的直徑相當(dāng)大時 筒壁的圓弧段可近似地用直線段來代替 作用在筒內(nèi)壁上的力可近似用平面擋土墻的公式計算 4 D 此時的圓筒將退化成平板 筒內(nèi)填料作用在筒壁上的土壓力可以用兩座平面擋土墻來近似代替 代替筒內(nèi)前壁的平面擋土墻上作用主動土壓力 代替筒內(nèi)后壁的平面擋土墻上作用被動土壓力 在計算筒內(nèi)填料的抗傾力時 還要考慮筒內(nèi)填料與兩座擋土墻內(nèi)壁之間的摩擦力所產(chǎn)生的摩擦力矩 研究趨勢與展望 大直徑圓筒結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式相比具有巨大的優(yōu)越性 完全可以適用于大型深水靠船或防護(hù)建筑物 特別是在淤泥質(zhì)河口 海岸地帶具有不可替代性 結(jié)合我國的具體國情更具有重要的推廣價值 如果能對