【博士】特大型橋梁深水樁基平臺(tái)施工過(guò)程受力特性及施工技術(shù)研究【2008】

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　　學(xué)科專(zhuān)業(yè)：土木工程施工　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院　　學(xué)位年度： 2008年　　鋼護(hù)簡(jiǎn)施工平臺(tái)是一類(lèi)特殊的結(jié)構(gòu)體系，與一般工程構(gòu)筑物有一定的差別，且目前尚沒(méi)有設(shè)計(jì)依據(jù)可循。本文以蘇通長(zhǎng)江公路大橋基礎(chǔ)工程為背景，綜合借鑒海洋平臺(tái)、大型復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)、海底管線等結(jié)構(gòu)的相似特點(diǎn)及成熟理論，對(duì)特大型鋼護(hù)筒施工平臺(tái)的結(jié)構(gòu)選型、動(dòng)力荷載等效方法、設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行系統(tǒng)地分析研究，探討了相關(guān)規(guī)范的適用性。研究結(jié)果表明，平臺(tái)支承樁單樁應(yīng)特別進(jìn)行流致振動(dòng)的穩(wěn)定性驗(yàn)算；作用于平臺(tái)超長(zhǎng)支承樁上的水流力、波浪力、風(fēng)荷載的靜力等效方法可參照港口工程、海港水文相關(guān)規(guī)范近似計(jì)算，結(jié)果偏于安全且兼顧經(jīng)濟(jì)性。　　應(yīng)用施工力學(xué)及有限元理論，采用基于時(shí)間凍結(jié)的增量迭代方法對(duì)鋼護(hù)筒平臺(tái)進(jìn)行施工全過(guò)程受力特性分析，并研究了不同計(jì)算方法、不同施工順序?qū)Y(jié)構(gòu)最終力學(xué)狀態(tài)的影響。研究結(jié)果表明，鋼護(hù)筒施工平臺(tái)的剛度是逐漸形成的，其最危險(xiǎn)工況并不是最后時(shí)步，而通常出現(xiàn)在最初幾個(gè)時(shí)步。平臺(tái)下平聯(lián)構(gòu)件的受力狀態(tài)相對(duì)不利，與其施工過(guò)程中的累加性和“路效”密切相關(guān)。在僅考慮幾何非線性的計(jì)算模型中，施IN序的改變對(duì)全過(guò)程分析結(jié)果在數(shù)值上影響不大，經(jīng)合理的順序能有效的改善結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)歷程。施工全過(guò)程分析較常規(guī)整體分析能更好的反映平臺(tái)形成過(guò)程的累積效應(yīng)，有助于檢查結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)；其結(jié)果與實(shí)測(cè)值的發(fā)展趨勢(shì)具有良好的一致性，分析方法較為可靠。　　以渦致振動(dòng)理論為基礎(chǔ)，對(duì)單根超長(zhǎng)鋼護(hù)筒進(jìn)行了振動(dòng)穩(wěn)定性流固耦合分析；總結(jié)了流速、鋼護(hù)筒樁體直徑及厚度的變化對(duì)鋼護(hù)筒樁體的影響規(guī)律，并應(yīng)用于工程實(shí)踐。研究結(jié)果表明，在深水域高速流體中，單根鋼護(hù)筒的遮流效應(yīng)十分明顯；計(jì)算所得的流速分布規(guī)律與規(guī)范規(guī)定的遮流效應(yīng)折減系數(shù)非常一致。在高速流體中的樁體穩(wěn)定性關(guān)鍵在于渦致振動(dòng)?！　】紤]附連水質(zhì)量與水動(dòng)力阻尼的影響，對(duì)兩種施工平臺(tái)的動(dòng)力特性進(jìn)行了對(duì)比分析；并以隨機(jī)振動(dòng)理論、莫里森方程(Morison)為基礎(chǔ)，進(jìn)行波浪頻譜與波浪力譜的轉(zhuǎn)換，采用諧波疊加法模擬了隨機(jī)波浪力的時(shí)程曲線，對(duì)鋼護(hù)筒施工平臺(tái)波浪響應(yīng)在頻域和時(shí)域內(nèi)進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明，鋼護(hù)筒施工平臺(tái)的各階自振頻率較高，頻率之間差值較小，平臺(tái)振型復(fù)雜。附連水質(zhì)量使結(jié)構(gòu)自振頻率降低，降低的幅度隨頻率階次的增加而增大，對(duì)振型規(guī)律則不造成影響。隨機(jī)波浪荷載的動(dòng)力效應(yīng)顯著，頻域、時(shí)域內(nèi)的動(dòng)力響應(yīng)分析對(duì)平臺(tái)性能的評(píng)估與施工全過(guò)程分析、動(dòng)力特性分析的結(jié)論一致，使各計(jì)算方法互為驗(yàn)證。　　應(yīng)用海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論、結(jié)構(gòu)選型理論，對(duì)鋼護(hù)筒施工平臺(tái)進(jìn)行基于離散變量敏感性的結(jié)構(gòu)選型分析，提出優(yōu)化建議；并在總結(jié)鋼護(hù)筒平臺(tái)關(guān)鍵施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，嘗試發(fā)展了適用于施工平臺(tái)的監(jiān)測(cè)技術(shù)。　　

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