梁板式高桩码头上部结构体系时变可靠度研究

摘要

近年来，高桩码头已经成为内河码头中常见的结构形式，与其它形式的内河码头相比，高桩码头的耐久性相对较差。内河高桩码头在长期使用过程中，受环境、荷载等因素的影响，钢筋混凝土构件易产生混凝土碳化、钢筋锈蚀等现象，导致其可靠度随时间降低，因此研究码头结构的时变可靠度具有重要意义。本文基于工程实例结合内河梁板式高桩码头的特点，对码头上部结构的主要构件（轨道梁、横梁、面板）以及结构体系的时变可靠度进行了理论研究，主要研究内容如下:
　　(1)通过对比各种疲劳模型，采用适用于钢筋的S-N疲劳强度模型;基于Miner线性累积理论建立疲劳的极限状态方程;通过对比时变可靠度的分析方法和计算方法，确定使用时间离散法分析每个时间段的可靠度并采用JC法进行计算。
　　(2)通过分析影响码头上部结构的环境因素，分别建立服役初始阶段、混凝土碳化阶段、钢筋锈胀阶段的混凝土碳化模型和钢筋锈蚀模型，并根据各个阶段的特点建立轨道梁、横梁、面板的抗力衰减模型。
　　(3)通过分析影响码头上部结构的荷载因素，结合各阶段的抗力衰减模型，建立轨道梁、横梁、面板在三个阶段的时变功能函数。轨道梁承受门机荷载，属于高周疲劳荷载，利用有限元软件ANSYS对轨道梁进行动力分析，提取梁危险截面的弯矩-时程曲线，采用雨流计数法识别造成疲劳损伤的弯矩循环，根据Miner线性疲劳累积损伤原理建立轨道梁的疲劳时变功能函数;横梁、面板承受较大的弯矩，将抗力、荷载均视为随机过程，建立横梁、面板的抗弯时变功能函数。构件可靠度指标采用JC法通过MATLAB编程计算。结果表明:无论是轨道梁或是横梁、面板，钢筋锈蚀时间是结构可靠度下降的一个重要时间节点，轨道梁疲劳可靠度降低的主要原因是锈蚀钢筋的疲劳强度降低;横梁、面板抗弯可靠度降低的主要原因是锈蚀钢筋的截面面积减小。
　　(4)基于体系可靠度理论，对轨道梁、横梁、面板的功能函数进行相关性分析，利用非线性功能函数的相关性理论，采用PNET法，找出不同时段的代表构件，计算结构体系时变可靠度。结果表明:横梁、面板在整个服役期均属于高级相关，轨道梁与横梁、面板属于低级相关;上部结构体系可靠度随时间的变化规律与各时段代表构件可靠度的变化规律类似，因此可以用代表构件的可靠度近似替代结构体系可靠度。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出与研究的意义

1．2 研究现状

1．2．2 钢筋混凝土结构耐久性研究现状

1．2．3 结构体系可靠度研究现状

1．3 本文研究内容及创新点

1．3．1 目前存在的问题

1．3．2 本文的研究内容

1．3．3 本文的创新点

1．4 本文的技术路线

第二章 疲劳理论与时变可靠度理论

2．1 疲劳荷载和疲劳的定义

2．1．1 疲劳的分类

2．1．2 影响疲劳强度的主要因素

2．1．3 疲劳强度模型

2．1．4 累积损伤理论

2．1．5 雨流计数法

2．2 时变可靠度理论

2．2．1 时间综合法

2．2．2 首次超越概率法

2．2．3 时间离散法

2．2．4 方法比较

2．3 可靠度计算方法

2．3．1 JC法

2．3．2 Monte Carlo法

2．4 本章小结

第三章 码头上部结构分析方法

3．1 影响码头上部结构可靠性的因素

3．1．1 环境因素

3．1．2 荷载因素

3．2 码头上部结构抗力衰减模型

3．3 轨道梁时变可靠度分析

3．3．1 服役初始阶段模型

3．3．2 混凝土碳化阶段模型

3．3．3 钢筋锈胀阶段模型

3．4 横梁、面板的可靠度分析

3．4．1 服役初始阶段模型

3．4．2 混凝土碳化阶段模型

3．4．3 钢筋锈胀阶段模型

3．5 本章小结

第四章 门机轨道梁时变可靠度分析

4．1 基于ANSYS的有限元理论

4．1．2 结构动力分析

4．2 工程概况

4．3 轨道梁配筋计算

4．3．1 码头整体受力计算

4．3．2 轨道梁配筋计算

4．4 轨道梁建模合理性分析

4．4．1 实体单元与梁单元建模比较

4．3．2 实体单元建模方式比较

4．5 轨道梁时变可靠度计算

4．5．1 动力分析

4．5．2 疲劳时变可靠度计算

4．6 本章小结

第五章 横梁、面板时变可靠度分析

5．1 码头横梁概况

5．2 横梁时变可靠度计算

5．3 码头面板概况

5．4 面板时变可靠度计算

5．5 本章小结

第六章 结构体系时变可靠度分析

6．1 体系可靠度概述

6．2 体系可靠度模型

6．2．1 串联结构体系的可靠度

6．2．2 并联结构体系的可靠度

6．3 体系功能函数的相关性

6．4 体系可靠度的计算方法

6．5 码头上部结构体系可靠度分析

6．5．1 结构体系的简化

6．5．2 结构体系时变可靠度

6．6 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 本文主要结论

7．2 研究展望

致谢

参考文献

附录

在校期间发表的论文和取得的研究成果