内河码头灌注桩基础疲劳强度研究

摘要

内河港口工程领域，灌注桩是框架式码头主要的受力构件。疲劳作为构件材料主要的破坏形式之一，对其研究具有重大意义。但钢筋混凝土是钢筋和混凝土的复合受力构件，其受力情况要比单个材料复杂，因此目前对于这种构件的疲劳寿命研究还尚未成熟。
　　 船舶撞击力是码头承受的主要循环荷载，它是码头构件材料的疲劳破坏的重要因素。而靠泊船型、撞击次数及水位升降导致的撞击位置不同等也都直接影响构件材料的疲劳性能。
　　 本文在总结大量研究成果的基础上，进一步地分析码头灌注桩的疲劳寿命问题，并推导出适合灌注桩圆截面疲劳寿命的计算公式。文章主要从两个方面着手研究得出结论:
　　 (1)从理论分析着手，参考国内外文献，根据混凝土和钢筋的疲劳破坏原理，分析混凝土的抗压疲劳性能和钢筋的抗拉疲劳性能;在归纳总结大量光圆钢筋和变形钢筋的试验成果基础上，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，并运用雨流计数法计算荷载谱。将雨流计数法编程实现，对数据进行压缩，将变幅发散的荷载谱转化为等幅荷载谱，大大减少了计算荷载的工作量，加快疲劳寿命估算的速度。
　　 (2)从实际工程案例分析，结合重钢芭蕉角码头工程实例，根据平截面假定分析桩基圆截面压弯状态下受力情况，采用换算截面法建立圆截面钢筋应力计算公式和灌注桩疲劳寿命计算公式。通过数值模型受力分析，得到一系列组合内力，利用雨流计数法编制的程序处理灌注桩某一时段的应力谱，然后计算疲劳累积损伤，将码头灌注桩疲劳寿命计算结果与《港口工程灌注桩设计与施工规程》经验公式计算结果进行对比，经验公式结果略显危险。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本文研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状及发展动态

1．2．1 混凝土疲劳性能研究现状

1．2．2 钢筋混凝土疲劳性能研究现状

1．2．3 疲劳累积损伤研究现状

1．3 论文主要研究内容

第二章 钢筋混凝土构件疲劳理论研究

2．1 引言

2．2 疲劳强度分析

2．2．1 S—N曲线的主要形式

2．2．2 影响疲劳强度的因素

2．3 混凝土的疲劳破坏

2．3．1 混凝土的疲劳破坏原理

2．3．2 混凝土S—N曲线

2．4 钢筋的疲劳破坏

2．4．1 钢筋的疲劳破坏原理

2．4．2 光圆钢筋S—N曲线

2．4．3 变形钢筋的疲劳S—N曲线

2．5 钢筋和混凝土之间的粘结疲劳性能的破坏

2．6 疲劳寿命确定方法

2．6．1 试验法

2．6．2 试验分析法

2．6．3 有限元疲劳分析软件

2．6．4 名义应力法(S—N曲线)

2．6．5 基于有限元计算软件的S-N曲线法

2．7 本章小结

第三章 钢筋混凝土结构疲劳损伤分析

3．1 概述

3．1．1 疲劳累积损伤理论

3．1．2 荷载谱分析

3．1．3 雨流计数法基本原理

3．2 雨流计数法编程的实现

3．2．1 数据的压缩

3．2．2 压缩数据的封闭处理

3．2．3 雨流计数

3．3 本章小结

第四章 钢筋混凝土桩圆截面受力分析

4．1 疲劳荷载作用下钢筋混凝土构件正截面应力计算

4．1．1 基本假设

4．1．2 换算截面法

4．2 钢筋混凝土构件疲劳寿命计算

4．2．1 混凝土疲劳验算

4．2．2 粘结力验算

4．2．3 灌注桩疲劳寿命计算

4．2．4 港口工程灌注桩设计与施工规程

4．3 本章小结

第五章 工程实例分析

5．1 计算流程

5．2 工程概况

5．3 结构受力分析

5．3．1 有限元模型的建立

5．3．2 计算工况

5．3．3 工况组合

5．3．4 有限元计算结果

5．4 荷载谱编制

5．5 桩基疲劳寿命计算

5．6 桩基疲劳累积损伤分析

5．7 本章小结

第六章 主要结论及展望

6．1 主要结论

6．2 进一步工作的展望

致谢

参考文献

附录

在校期间发表的论著及取得的科研成果