大直径圆筒结构概述

受力特点（拱结构）
1.筒内填料压力：有底圆筒采用杨森公式法，无 底圆筒则可采用竺存宏提出的经验公式，筒内填 料压力沿筒高可分三个区域计算（如图所示）。
BC段填料垂直压力：
杨森公式法
竺存宏经验公式
竺存宏认为，影响筒内填料压力 的主要因素有两个： 1.筒内外土体的高差 2.大圆筒的地基土性状
判断有无底
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倾覆破坏
在实际工程中，大圆筒的设计是以筒底为转动点来设计的。 而转动点的上升导致负位移增大，基底拉应力增大，因此，传统的 以筒底为转动点的稳定计算方法其位移计算结果不符合实际。因此导 致一些已建的按传统方法设计的实际工程产生失稳破坏。 转动点高度一般位于筒底以上（0.15~0.25） 倍大圆筒筒高 处
4.（D —∝） 此时的圆筒将退化成平板, 筒内填料作用在筒壁上的土压力可以用两座平面挡土 墙来近似代替, 代替筒内前壁的平面挡土墙上作用主动土压力, 代替筒内后壁的 平面挡土墙上作用被动土压力.在计算筒内填料的抗倾力时, 还要考虑筒内填料 与两座挡土墙内壁之间的摩擦力所产生的摩擦力矩.
研究趋势与展望
抗震性好
使用特点
1.可以直接应用在软土地基上, 特别适用于基础软弱 的海域建造深水码头及其它海工建筑物 2.快速成岛需求(日本的关西机场）
工程实例
2002年长江口航道整治二期导流堤试验段4个直径 12m，高22.2m的混凝土结构的大直径圆筒工程实 践，是我国真正意义上大直径圆筒振沉工艺的典型 案例。
由于大圆筒无底, 在大圆筒倾斜过程中, 筒内填料的层间发生相互错动, 其形状将 由正圆柱体变成斜圆柱体.而筒壁的垂直摩擦力不可能使筒内填料由正圆柱体变 成斜圆柱体, 故必须有水平力作用, 该水平力即为筒内前、后壁的主动土压力与被 动土压力.当筒的直径相当大时, 筒壁的圆弧段可近似地用直线段来代替,作用在筒 内壁上的力可近似用平面挡土墙的公式计算.
3.筒前土抗力
深度h1段以下采用矩形分布，其值与建筑物入土部分的水平位移和地基 土密度有关，可按下式计算：
计算筒前土抗力时，假定以与圆筒 外缘相切的平面为计算平面。
4.筒周土压力
简化计算法：切瓦列夫公式
较为精确的计算法：
从两个相邻圆筒之间的土体微分单元的平衡进行分析研究，推导出计算 大圆筒土压力平面分布的一组新公式：
有底 h0=h 刚性地基
无底 h0<h 非刚性地基
2.筒后回填土压力
在结构稳定计算中，为简化计算，一般用假想平面墙背代替实 际的曲面墙背，偏于安全。 假想平面墙确定的方法： 靠近圆筒轴线的某一个垂直平面。其距离x 一般为（0.35~0.38） D，则此假象平面圆筒后切面的距离为（R − x），如下图：
•大直径圆筒结构与传统的结构型式相比具有巨大的优越 性, 完全可以适用于大型深水靠船或防护建筑物, 特别是 在淤泥质河口、海岸地带具有不可替代性, 结合我国的具 体国情更具有重要的推广价值, 如果能对结构在各种工况 中与波浪相互作用的关系的研究进一步完善, 使得结构得 稳定及强度计算与实际相吻合, 并推出更加合理的圆筒上 波浪力的计算模式, 以期设计更加经济、合理, 则大直径 圆筒结构在港口工程以及其它的海岸工程中将有更大的 发展和应用前景。
不考虑xy 平面上的剪切力作用，由x 方向力的平衡条件得:
由y 方向力的平衡条件得:
求解的基本微分方程：
若假设X 方向应力对σr和στ没有影响，K = 0; Y 方向应力σy不随y而变化; 径向力和切向 力的关系与α 无关
切瓦列夫公式
5.波浪力
《港口工程技术规范》推荐的大直径圆筒波浪力计算方法：
其实质是借助直立堤的有关计算公式, 然后引入某些相关修正系 数。
新的思路：
只要有大量的现场观测数据或实验数据, 就可以通 过多元线性回归分析的方法对波浪荷载进行研究, 而 不考虑结构物周围的波浪形态。 考虑到的影响因素有:波高H0;筒前波高H;波数k;水 深及结构尺寸筒径R等因素。 综合考虑波浪要素、圆筒直径和水深对波浪力分 布的影响。
大直径圆筒结构
主要内容
结构分类 结构特点 使用特点 工程实例 受力特点 结构稳定性分析 研究趋势与展望
结构分类
ຫໍສະໝຸດ Baidu
基床式
浅埋式
深埋式（插入式）
结构特点（空间薄壳结构）
1.材料：多为钢筋混凝土或钢 用钢量较少 2.尺寸：①径高比大于0.5，直径D应大于3m, ②厚径比小于0.03，壁厚t可取200mm— 400mm, 圆筒高度H取决于筒顶和筒底高程。 3.工作原理：依靠其自身重量以及内部和上部填料 的重量来承受外部荷载的作用, 维持其稳定性。
筒内填料抗倾模式
填料抗倾模式随筒径的增大而变化, 抗倾能力与筒径大小密切相关。
平面挡土墙式 过渡式 重力式 筒径D
设：D0为筒内填料可作为重力模式参加抗倾作用的最大内径， D1为筒内填料可近似用挡土墙模式计算抗倾作用的最小内径 则：
1.重力式 （D <D0）： 对直径很小的圆筒, 由于筒内壁与填料间的摩擦力大于筒内填料自重, 在摩擦力 的作用下, 筒内填料不会产生脱落现象(筒像一个取土器).当筒发生倾斜时, 筒内 填料保持圆柱体形状不变, 筒内填料作用在筒壁上的水平侧压力不发生变化, 筒 内填料对筒抗倾作用的模式表现为重力式特征。 2.过渡式（ D0 ≤D ≤D1 ）： 此时, 筒内壁摩擦力起较大作用, 筒壁的总摩擦力约相当于筒内填料重量的30 %～ 40 %, 筒内前、后壁主动土压力及被动土压力的特征开始发挥但不明显, 基本上依靠填料与筒壁间的摩擦力来抗倾, 筒的抗倾模式既具有重力式特征, 又 具有平面挡土墙特征, 筒内填料处于抗倾的过渡模式。 3.平面挡土墙式（ D >D1 ）
结构稳定性分析
基床和浅埋式大直径圆筒结构的稳定性分析与一般的重力式 结构类似，这里需要着重讨论的是插入式大直径圆筒结构 1. 筒前土抗力参与其稳定性的维持，具有桩土相互作用的性质 2. 通过填料与筒壁的摩擦力来考虑填料对抗倾稳定性所起的作用 3. 稳定性的判断标准为：允许的位移和转角
假设圆筒的转动点距离筒顶 高hu，hu为与各种参数相关 的量，圆筒的水平位移为u， 竖直位移为v，转角为θ 。圆 筒失稳过程为从C 点运动到 C′。