插入式大直徑薄壁圓筒結(jié)構(gòu)承載機(jī)理研究與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、本論文立足于散體結(jié)構(gòu)力學(xué)、塑性極限分析理論和非線性數(shù)值分析方法，針對(duì)近海工程插入式大直徑薄壁圓筒結(jié)構(gòu)(或桶形基礎(chǔ))在波浪、潮流及流冰等橫向荷載作用下的承載機(jī)理與破壞模式進(jìn)行相關(guān)研究，主要開展如下研究工作。 一、基于彈性地基抗力法和散體極限平衡理論，建立了一整套大直徑薄壁圓筒結(jié)構(gòu)與土體相互作用下整體變位的簡(jiǎn)化解析計(jì)算方法，將復(fù)雜的大圓筒結(jié)構(gòu)受力變形形態(tài)解析為三種簡(jiǎn)單位移模式(即垂直位移w，水平位移u和轉(zhuǎn)動(dòng)角位移α)下的力學(xué)形態(tài)的疊

2、加。 二、首次引用塑性極限分析理論的上限法，建立了在橫向荷載作用下軟黏土中插入式大直徑薄壁圓筒結(jié)構(gòu)的塑性極限分析模型，進(jìn)行開創(chuàng)性的探索嘗試。將橫向荷載作用下軟粘土中插入式大直徑薄壁圓筒結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制描述為筒后土體的三維空間滑移楔體、土體圓柱孔的擴(kuò)張擠壓以及沿基底面的空間球形滑動(dòng)剪切破壞的一種新的組合破壞模式；并運(yùn)用非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃的Nelder-Mead改進(jìn)單純形法，進(jìn)一步結(jié)合遺傳進(jìn)化算法尋優(yōu)，求取上述破壞機(jī)制的最危險(xiǎn)模式及橫向荷

3、載的最小上限解。該模型最大特點(diǎn)在于：在求解大直徑薄壁圓筒結(jié)構(gòu)上的橫向極限荷載過程中避開了復(fù)雜的非線性彈塑性有限元技術(shù)對(duì)加載全過程的跟蹤分析，可對(duì)插入式大圓筒結(jié)構(gòu)的埋深與筒體轉(zhuǎn)動(dòng)中心位置、破壞滑移楔體的深度、極限荷載以及筒體側(cè)壁極限抗力進(jìn)行計(jì)算與分析，并得到它們之間的內(nèi)在關(guān)系。 三、依據(jù)上限法極限分析模型，本文采用分段插值函數(shù)的處理方式，并提出了一種軟粘土中插入式大圓筒結(jié)構(gòu)橫向極限荷載的簡(jiǎn)化計(jì)算方法，以利工程實(shí)際應(yīng)用。 四

4、、推導(dǎo)非線性彈性地基中矩形平板殼體單元的整體剛度矩陣，引入土抗力—位移的非線性p-y曲線模型，采用柱殼單元與非線性彈簧元間的耦合來模擬空間圓柱殼結(jié)構(gòu)與地基土體間的相互作用，建立了插入式大直徑薄壁圓筒結(jié)構(gòu)的非線性、雙向彈簧元數(shù)值分析模型。此模型及其數(shù)值處理與開發(fā)解決了傳統(tǒng)的線性彈簧元所無法克服的難題，更為真實(shí)地反映了大直徑薄壁圓筒結(jié)構(gòu)在增量加載下的位移破壞機(jī)制。 五、以本文非線性彈簧元數(shù)值分析模型為核心，首次應(yīng)用最優(yōu)化理念對(duì)插入式