【摘 要】
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栈桥工程在海洋经济发展中发挥着重要作用,但目前我国采用栈桥施工方式不仅无法满足日益增长的使用需求,同时施工速度较慢,不利于海洋资源开发及海洋环境保护。据此,本文研究了近海岸钢栈桥悬臂顶推施工技术,此种方法可提升海洋工程施工质量。结合实际工程案例,分析了悬臂顶推施工过程中的技术问题。建立了波-流耦合数值模型,获得了波、流作用下钢管桩的时程响应。建立了考虑接触的施工多尺度有限元模型,据此,优化了悬臂顶
【基金项目】
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国家重点研发计划课题(编号:2018YFC1505405); 中央高校基本科研业务费专项资金(编号:2682020CX62); 四川省科技计划重点项目(编号:2020YJ0263);
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栈桥工程在海洋经济发展中发挥着重要作用,但目前我国采用栈桥施工方式不仅无法满足日益增长的使用需求,同时施工速度较慢,不利于海洋资源开发及海洋环境保护。据此,本文研究了近海岸钢栈桥悬臂顶推施工技术,此种方法可提升海洋工程施工质量。结合实际工程案例,分析了悬臂顶推施工过程中的技术问题。建立了波-流耦合数值模型,获得了波、流作用下钢管桩的时程响应。建立了考虑接触的施工多尺度有限元模型,据此,优化了悬臂顶推施工方案,探明了顶推施工的可行性与安全性。论文主要内容如下:1.梳理了我国目前海洋工程发展现状,总结了现有的研究成果,并针对现有海上栈桥施工方式深入分析,阐明了研究悬臂顶推施工方式的目的及意义。(第一章)2.阐述了悬臂顶推施工的技术方法与技术难题。结合实际近海岸钢栈桥工程,对施工流程进行了介绍,并指出了悬臂顶推过程中钢管桩对海洋荷载作用下的响应、顶推可行性和施工安全性都需要进行研究。(第二章)3.研究了海洋环境下钢栈桥群桩所受波流耦合荷载。基于数值造波方法,对复杂海况下的波流耦合荷载进行了数值模拟,对比了规范理论公式与数值方法得到的单桩所受波流耦合荷载,结果显示理论计算值与模拟结果吻合较好,验证了该方法的可行性。获得了悬臂顶推施工中钢栈桥钢管桩在波流耦合荷载作用下的时程响应。(第三章)4.提出了悬臂式顶推施工的施工方案优化方法。建立了考虑接触非线性的顶推施工多尺度模型,对比了不同土体约束状态下的顶推效果,发现施工对土体约束条件具有高度敏感性,土体约束越强,悬臂式顶推施工的稳定性越好。据此,提出了施工过程的优化方案,即通过在桩间设置钢丝绳连接来提升施工的稳定性。分析结果表明,优化后,不同底部约束与底部嵌固约束条件下的桩腿顶推施工侧移量差异控制在20%以内,避免了“卡轨现象”的发生;桥体构件最大应力值差异则控制在10%以内。此外,提出了沉桩控制优化方法,通过研究沉桩施工过程中沉降与顶升控制状态,获得各沉桩施工工况下的沉降与顶升最大限值,从而指导施工,减少施工调整工作量,加快施工速度。(第四章)5.评价了施工顶推可行性与施工安全性。根据顶推施工多尺度非线性模型有限元计算结果,分析了施工过程中钢栈桥的结构响应;建立了局部精细化模型,研究了关键节点的受力状态。结果表明:钢管桩顶推过程中支反力不超过5800k N,满足钢管桩承载力要求;桩腿最大侧向偏移量为119mm,悬臂顶推在最不利工况下不会发生“卡轨现象”,因此桥体能够顺利顶推;所需最大顶推力为532k N;施工完成后,桥体最大挠度比为1/3703;施工过程中,栈桥各构件未发生屈服,且关键节点具有足够的安全储备,表明该施工技术满足安全性控制条件。(第五章)
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