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船坞渗流与坞室底板的有限元分析

作　者: 孙瑞瑞
导　师: 袁新明
学　校: 扬州大学
专　业: 水工结构工程
关键词: 船坞 底板 有限元 渗流 剑桥模型 弹性地基梁
分类号: U673.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 76次
引　用: 1次
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内容摘要


在江边修建的干船坞,由于周边的地下水位和江水位较高,用排水减压系统降低地下水位后,船坞底板与四周岸边必然产生较大的水位差和形成较大的水力坡降,同时土体中的渗流对底板产生扬压力的作用;当地下结构的自重小于扬压力时会产生地下结构的上拱、底板开裂、整体失稳等事故。因此船坞的渗流及坞室底板的分析有着非常重要的工程意义。基于此,本文重点对船坞渗流及其渗流作用下的坞室底板进行有限元分析,主要研究内容有:根据温度场与渗流场原理的相似性,利用有限元软件ADINA的温度场模块模拟渗流问题,对船坞上游不同作用水头情况进行了有限元渗流分析。结果表明,排水沟及防渗墙的设置大大减小了船坞底板下的渗透水头,但是船坞底板仍受到较大的扬压力作用;各个土层渗透系数的不同,导致其渗透速度也不相同,渗透系数较大,渗透速度也较大;反滤层四周设置排水沟,在反滤层出口处的渗流速度最大;根据渗流速度可求得渗流量,为排水设施的选择提供依据。运用有限元软件ADINA提供的剑桥模型模拟底板周围的土体,对船坞空坞有船、空坞无船两种情况下不同厚度的坞室底板进行有限元结构分析。结果表明,不同厚度底板在外荷载相同的情况下位移趋势是一样的;底板在自重小于渗透压力的情况下会向上弯曲;底板的位移及应力在船荷载施加处最大。本文应用均质土坝的甘油渗流试验结果与软件计算的渗流结果相比较,从比较结果看两者存在误差,但满足精度要求,从而验证了用软件温度场计算渗流是可靠的;用弹性地基梁法计算坞室底板的正应力值与软件模拟的结果进行比较,得出两种方法的计算结果比较一致,从而证明了本文用软件结构模块计算结果的可靠性。本文的研究方法及研究成果,对类似工程问题的研究与应用具有重要的参考价值。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 问题提出  11
  1.2 前人研究成果及基本理论研究  11-14
    1.2.1 渗流基本理论研究  11-13
    1.2.2 弹性地基模型研究  13-14
  1.3 研究方法应用  14-17
    1.3.1 渗流计算方法  14-16
    1.3.2 弹性地基上应力求解方法  16-17
  1.4 论文内容  17-19
第二章 渗流计算基本理论及有限元法  19-34
  2.1 渗流计算基本理论  19-21
    2.1.1 达西定律  19
    2.1.2 连续性方程  19-21
  2.2 渗流计算数学模型  21-23
    2.2.1 渗流基本微分方程  21-22
    2.2.2 定解条件  22-23
  2.3 渗流计算有限元法原理  23-29
    2.3.1 渗流计算有限元法基本思路  24
    2.3.2 形函数确定  24-26
    2.3.3 渗流计算有限元解法  26-28
    2.3.4 渗流量计算  28
    2.3.5 单元体中渗流水力坡降计算  28-29
  2.4 渗流计算在ADINA 中的实现  29-33
    2.4.1 ADINA 软件简介  29-30
    2.4.2 渗流场和温度场分析理论的相似性  30-31
    2.4.3 算例  31-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章 弹性地基梁基本理论及有限元分析方法  34-45
  3.1 弹性地基梁基本理论方程式  34-36
  3.2 有限元法原理  36-40
    3.2.1 有限元法基本思路  36-37
    3.2.2 有限元解法  37-40
    3.2.3 边界条件  40
  3.3 应力计算在ADINA 中的实现  40-44
    3.3.1 剑桥模型  41-43
    3.3.2 初始应力计算  43-44
  3.4 本章小结  44-45
第四章 船坞渗流有限元分析  45-59
  4.1 工程简介  45-47
    4.1.1 工程概况  45-46
    4.1.2 工程地质条件  46-47
  4.2 船坞渗流有限元模型  47-49
    4.2.1 有限元模型  47-49
    4.2.2 边界条件  49
  4.3 计算结果分析  49-57
    4.3.1 渗透水头计算结果  49-52
    4.3.2 渗流速度计算结果  52-55
    4.3.3 渗透坡降计算结果  55-57
    4.3.4 渗流量计算结果  57
  4.4 本章小结  57-59
第五章 坞室底板有限元分析  59-76
  5.1 坞室底板有限元模型  59-62
    5.1.1 有限元模型  59-60
    5.1.2 荷载及边界条件  60-62
    5.1.3 初始应力的施加  62
  5.2 计算结果分析  62-73
    5.2.1 底板位移分析  62-69
    5.2.2 底板应力分析  69-73
  5.3 弹性地基梁法与有限元法比较  73-74
  5.4 本章小结  74-76
第六章 总结与展望  76-78
  6.1 总结  76-77
  6.2 展望  77-78
参考文献  78-83
致谢  83

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 造船厂、修船厂 > 船厂设备 > 船坞
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