基于串联系统的趸船锚链时变可靠度分析

摘要

港工结构中，锚链在设计使用期受到腐蚀影响导致锚链抗力下降，造成安全隐患。现有锚链腐蚀的研究工作中，通常考虑锚链整体腐蚀速率相同，但在锚链的使用过程中，处于不同环境下锚链各段腐蚀速率不同，使用单一腐蚀速率描述锚链腐蚀过程并不能完全反映锚链在受腐蚀作用下其结构性能受到的影响。文章针对该问题，根据锚链所处工程环境不同结构腐蚀速率不同的情况，对锚链进行分段，将不同腐蚀速率段看作单独构件，建立了锚链串联系统可靠度模型，对锚链在腐蚀作用下的时变可靠行进行了研究。同时，考虑在系锚力变化时锚链自身发生疲劳破坏的情况，计算了锚链在不同随机过程下的疲劳寿命，并基于计算结果研究分析了锚链的疲劳可靠性。论文主要研究工作及结论如下:
　　(1)针对锚链在使用过程中所处工程位置不同导致腐蚀速率不同的问题，结合已有幂函数结构腐蚀模型，考虑不同位置处锚链腐蚀速率不同的情况，将锚链看作由大气区、飞溅区和全浸区三部分构件组成的串联系统，确定了各构件相应的幂函数腐蚀速率模型与抗力退化模型，并构建了适用于描述锚链腐蚀特征的串联系统可靠度计算模型。
　　(2)基于锚链串联系统可靠度计算模型，进一步针对重庆某码头趸船锚链在设计使用期内自身抗力受腐蚀影响逐年下降的情况进行时变可靠度计算。计算结果表明，对于锚链构件，考虑锚链年腐蚀速率恒定时，随使用时间增加，锚链可靠指标呈线性趋势递减，可靠度呈指数递减趋势。对比锚链构件可靠度与串联系统可靠度可看出，锚链系统可靠度低于构件可靠度，且下降趋势相比构件可靠度较快。该结果表明在锚链使用过程中，应避免锚链构件过多以保证锚链的安全使用性能。
　　(3)考虑趸船锚链受到系锚力变化导致疲劳破坏，基于Miner线性累积损伤理论以及雨流计数法，计算得出趸船锚链在设计疲劳寿命使用期内受到不同随机过程作用时的累积疲劳损伤度以及疲劳寿命。同时，结合锚链疲劳计算过程中产生的不确定因素分析，对各锚链在最不利随机过程作用下的结构疲劳可靠性进行分析。结果表明，锚链所受拉应力大小是影响锚链疲劳累积损伤度的重要影响因素。拉应力越大，锚链所受累积疲劳损伤度越大，在锚链疲劳寿命使用期内发生疲劳破坏的概率越大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 结构时变可靠度研究现状

1．2．1 时变可靠度的研究现状

1．2．2 体系可靠度的研究现状

1．3 锚链受力特性研究进展

1．3．1 腐蚀结构的影响

1．3．2 疲劳作用下结构的受力特性

1．4 主要研究内容

第二章 基本理论及方法

2．1 结构可靠度基本理论及方法

2．1．1 极限状态与功能函数

2．1．2 时变可靠度

2．2 疲劳基本理论及方法

2．2．1 疲劳基本概念

2．2．2 T-N曲线

2．2．3 疲劳累积损伤理论

2．3 本章小结

第三章 腐蚀作用下锚链时变可靠度分析

3．1 腐蚀影响下锚链抗力退化模型

3．1．1 锚链腐蚀影响因素

3．1．2 锚链腐蚀速率模型

3．1．3 锚链抗力退化模型

3．2 串联系统可靠度分析模型

3．2．1 串联系统基本模型

3．2．2 锚链串联系统模型

3．3 工程实例

3．3．1 工程概况

3．3．2 趸船系留设施总平面布置及部件规格

3．3．3 趸船整体系留设施调整布置方案

3．4 趸船锚链受力分析

3．4．1 水流统计特性

3．4．2 风荷载影响

3．4．3 趸船锚链受力计算

3．4．4 趸船锚链受力统计特性分析

3．5 腐蚀影响下趸船锚链抗力变化

3．6 腐蚀影响下系留设施时变可靠度计算

3．7 本章小结

第四章 锚链疲劳可靠性分析

4．1 锚链疲劳损伤分析

4．1．1 锚链应力历时曲线

4．1．2 锚链T-N曲线相关参数

4．1．3 锚链疲劳寿命期内应力循环次数

4．1．5 锚链疲劳累积损伤度

4．2 锚链疲劳可靠度分析

4．2．1 锚链疲劳损伤不确定因素分析

4．2．2 锚链疲劳可靠度计算

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 下一步工作展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果