内河高桩梁板式码头结构耐久性分析及工程应用

摘要

跟普通的工程建筑相比，高桩码头因为使用环境恶劣，所以寿命更短。目前，全国码头大部分已服役几十年，特别是高桩码头的钢筋混凝土构件锈蚀破损已十分严重，因此研究高桩码头的耐久性具有重要意义。对于海港高桩码头耐久性问题前人已经做了很多研究，内河码头因其所处环境与海港码头的不同，其所受到的氯离子侵蚀情况相对没有海港码头严重，内河高桩码头耐久性主要可以从码头所承受的荷载方面去分析。因此本文主要基于两个方面对内河高桩码头耐久性进行研究，一是研究码头构件基于循环荷载下的疲劳损伤，二是分析永久荷载和可变荷载对于码头桩基可靠性的影响。门座式起重机荷载是高桩码头承受的主要循环荷载之一，它是码头构件材料疲劳破坏的重要因素。而不同的门机型号、轮压值及门机移动速度也都直接影响构件材料的疲劳性能。
　　本文在总结前人的研究成果基础上，选取适合本文研究内容的疲劳寿命计算S-N曲线公式;研究Miner线性疲劳累积损伤原理，并运用循环计数法通过编程对数据进行压缩，识别出门机荷载作用下轨道梁的应力循环;结合具体工程实例，利用有限元软件ANSYS对高桩码头门机梁进行动力分析。根据动力分析结果，结合相关疲劳损伤理论，进行高桩码头门机梁的疲劳寿命计算，并得出轨道梁疲劳寿命随轮压值增大而减小，同时与荷载移动速度无关的结论。针对桩基在水平荷载及竖向荷载作用下的受损特点，对桩基重点进行了两个方面可靠度的分析研究:一是桩基在自重荷载与船舶撞击力荷载共同作用下的抗弯承载能力可靠度分析;二是自重荷载与均布荷载共同作用下的桩基竖向承载能力可靠度分析。通过对码头桩基可靠性指标的研究对码头耐久性分析提供参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 本课题国内外研究现状

1．2．1 高桩梁板式码头耐久性研究现状

1．2．2 钢筋混凝土疲劳损伤研究现状

1．2．3 可靠度理论的国内外研究现状

1．3 本论文主要研究工作

第二章 材料疲劳理论与工程可靠度理论

2．1 疲劳的定义

2．2 影响疲劳强度的主要因素

2．2．1 构件尺寸的影响

2．2．2 表面状况的影响

2．2．3 应力集中对疲劳强度的影响

2．3 S-N曲线

2．3．1 S-N曲线的主要形式

2．3．2 混凝土双线性S-N曲线

2．4 港口工程可靠度

2．5 港口结构抗力分布特性及统计参数

2．5．1 材料性能及统计特征

2．5．2 几何参数不定性及统计特征

2．5．3 计算模式不定性及统计特征

2．5．4 抗力的统计特征

2．6 港工结构上的作用荷载及统计分布

2．7 本章小结

第三章 梁板式高桩码头疲劳分析方法

3．1 疲劳累积损伤理论

3．1．1 线性疲劳累积损伤理论

3．1．2 双线性疲劳累积损伤理论

3．1．3 非线性疲劳累积损伤理论

3．2 循环计数法

3．2．1 雨流计数法

3．2．2 雨流计数法在程序中的实现

3．3 基于有限元方法的高桩码头疲劳分析

3．4 高桩码头疲劳损伤分析计算过程

3．5 本章小结

第四章 梁板式高桩码头可靠度分析方法

4．1 桩基可靠指标求解方法

4．1．1 JC法

4．1．2 Monte Carlo法

4．2 高桩码头桩基抗弯、抗剪承载能力可靠度分析

4．3 高桩码头竖向承载能力可靠度分析

4．4 本章小结

第五章 结构疲劳特性和可靠度分析

5．1 有限元瞬态动力分析理论

5．1．1 动力分析基础知识

5．1．2 瞬态动力分析

5．2 工程概况

5．3 疲劳计算

5．3．1 动力计算

5．3．2 轨道梁疲劳计算

5．3．3 应力幅值及荷载移动速度对疲劳损伤的影响

5．4 桩基可靠度分析

5．4．1 荷载作用下码头受力情况分析

5．4．2 码头桩基抗弯承载力可靠度分析

5．4．3 码头桩基抗剪承载力可靠性分析

5．4．4 码头桩基竖向承载力可靠性分析

5．4．5 桩基可靠性分析对码头耐久性的意义

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

附录

在学期间发表的论著及取得的科研成果