桶式基础浮运理论及数值分析技术

我国拥有约6500 km的淤泥质海岸线，其间建有许多大型港口，如天津港、连云港港，以及珠三角、长三角的一些港口，在国民经济发展中占有举足轻重的地位。淤泥质海域软土深厚，波浪条件恶劣，是港口防波堤、护岸等工程建设面临的不利因素。目前，在软土地基上修建的防波堤主要采用抛石填筑的方法，形成的斜坡堤造价高昂、结构断面大、占用海域多、施工周期长，造成巨大的经济和资源投入。尤其是砂石料开采、运输和抛填过程对环境造成污染，不符合现代绿色港口建设的要求，急需开发新的筑堤技术。大连海洋大学依托国家重点工程——连云港港徐圩港区防波堤建设工程，历经9年联合攻关，摒弃传统抛石筑堤思想，发明了一种适合淤泥质海域防波堤和护岸使用的多隔舱桶式基础结构，对钢质桶式基础结构数值分析理论和桶式基础防波堤结构浮运理论进行了大量试验研究，试验成果对桶式基础结构开发过程和在水运工程上应用的关键技术提供了理论支撑。本书有利于推广应用桶式基础结构，提高桶式基础结构研究成果转化率，展示中国水运行业建设的高端技术。同时，本书也向世界水运行业工程建设者和学者介绍了中国先进技术、优秀方案，推动了世界水运工程建设技术水平的发展。全书共7章。第1章绪论，介绍桶式基础结构的特点和意义、设计与施工中存在的问题，国内外研究现状和发展趋势，以及本书的主要内容和结构；第2章桶式基础防波堤结构浮运理论与试验；第3章钢质桶式基础结构有限元分析；第4章钢质桶体屈曲分析；第5章加筋桶数值模拟；第6章组合桶式基础数值模拟；第7章结论与建议。本书由马广东、张翠雅、李武和史宪莹撰写，具体分工如下：第1章由李武撰写；第2、3章由马广东撰写；第4、7章由史宪莹撰写；第5、6章由张翠雅撰写；全书由李武统稿。 在本书撰写过程中，中交第三航务工程勘察设计院有限公司、大连海洋大学、东德学业（大连）职业信息咨询有限公司等单位给予了大力支持，在此表示感谢。由于作者水平有限，疏漏之处在所难免，望读者批评指正。作者2023年1月

本书系统介绍钢质桶式基础结构数值分析和桶式基础防波堤结构浮运理论实验研究成果，对桶式基础结构开发过程和在水运工程上应用的关键技术提供的理论支撑。同时，也向世界水运行业工程建设者和学者介绍中国先进技术、优秀方案，促使世界水运工程建设技术水平的新发展。全书共分为6章。第1章绪论，介绍桶式基础结构的特点和意义、设计与施工中存在的问题，国内外研究现状和发展趋势，全书主要内容和结构；第2章桶式基础结构浮运理论与试验；第3章桶式基础结构有限元分析；第4章桶式基础防波堤结构浮运理论与试验；第5章钢质桶式基础结构有限元分析；第6章桶式基础结构设计与施工实例。

辽宁省工程图学会理事、中国图学教指委东北区委员、中国“互联网＋”创新创业优秀指导教师。出版教材20余部；获得发明、实用新型、软件著作权专利30余项，公开发表论文40余篇；指导学生参赛获省级、*奖项20余项。

第1章绪论(1)

1.1背景(1)

1.2桶式基础结构研究现状(3)

1.3本书主要内容(4)

1.3.1桶式基础结构特点与适用范围(4)

1.3.2桶式基础防波堤结构浮运理论研究与试验(6)

1.3.3钢质桶式基础结构数值分析研究(6)

第2章桶式基础防波堤结构浮运理论与试验(9)

2.1前言(9)

2.2依据资料(9)

2.2.1试验遵循的标准(9)

2.2.2试验工况(9)

2.3桶式基础结构尺寸及沉放吊缆布置(10)

2.3.1试验内容(11)

2.3.2试验设备和试验方法(12)

2.4试验结果(17)

2.4.1桶式基础结构浮游稳定性验证试验结果(18)

2.4.2桶式基础结构沉放稳定性试验结果(33)

2.5桶式基础结构浮游稳定性计算公式(55)

2.5.1桶式基础结构浮游稳定性理论基础(55)

2.5.2桶式基础结构浮游稳定性计算算例(58)

第3章钢质桶式基础结构有限元分析(60)

3.1有限元法(60)

3.1.1有限元法简介(60)

3.1.2计算模型的非线性(60)

3.1.3接触面理论及接触对定义的关键问题(62)

3.2有限元计算模型(64)

3.2.1桶体受力分析(64)

3.2.2桶体受力情况(65)

3.2.3桶体模型计算域及边界条件的设置(71)

3.2.4地基土体与桶体结构接触面模拟(71)

3.3有限元计算分析(72)

3.4主要结论(91)

第4章钢质桶体屈曲分析(92)

4.1钢质桶体圆柱壳屈曲研究临界应力理论分析(92)

4.1.1轴向屈曲临界应力计算方法(92)

4.1.2内压作用下的屈曲临界应力计算方法(93)

4.2基本荷载作用下钢桶屈曲特性(94)

4.2.1轴向压缩荷载作用(94)

4.2.2围压荷载作用(97)

4.3主要结论(99)

第5章加筋桶数值模拟(100)

5.1加筋钢桶数值模拟方法(100)

5.1.1单元的选择(100)

5.1.2网格的划分(100)

5.1.3荷载和边界条件(101)

5.1.4静力分析(102)

5.1.5后屈曲分析(103)

5.2纵向加筋数量的影响(107)

5.3环向加筋数量的影响(110)

5.4主要结论(112)

第6章组合桶式基础数值模拟(113)

6.1组合桶式基础工程概况(113)

6.2组合桶式基础有限元模型的建立(114)

6.3组合桶式基础受力分析(118)

6.4组合桶式基础变形分析(129)

6.5主要结论(135)

第7章结论与建议(137)

7.1桶式基础结构浮游稳定性试验结论与建议(137)

7.2钢质桶式基础结构有限元分析结论与建议(139)

参考文献(141) 

本书系统介绍钢质桶式基础结构数值分析和桶式基础防波堤结构浮运理论实验研究成果，对桶式基础结构开发过程和在水运工程上应用的关键技术提供的理论支撑。