港口工程混凝土结构全寿命设计指标体系研究

摘要

港口混凝土结构通常处于荷载和恶劣环境因素的共同作用之下，造成结构构件由于耐久性失效而过早破坏的工程实例时有发生，甚至产生严重的安全问题。为了有效利用港口的有限资源，避免港口工程过早破坏给使用者带来安全、经济上的损失，以及使用上的不便，亟需从设计阶段对港口工程全寿命周期的性能进行研究，并以此为依据建立港口工程全寿命周期设计指标体系。本文分别从绿色评价和性能评价两方面对港口工程混凝土结构全寿命设计指标开展了系统研究，建立了港口工程绿色指标评价体系，以及综合港口工程时间指标、性能指标和经济指标的性能评价体系，并在此基础上开发了港口工程全寿命设计指标评价软件系统。具体开展的研究及结论如下:
　　(1)分析了国内外关于港口工程混凝土结构耐久性的工程调查结果，对港口工程耐久性敏感构件进行了分类。建立了氯盐侵蚀环境下钢筋混凝土结构使用寿命的评估模型，并考虑维修策略，对耐久性敏感构件进行了全寿命周期使用寿命评估。通过算例分析表明，该模型可以用于港口工程混凝土结构耐久性敏感构件使用寿命的预测。
　　(2)开展了港口工程混凝土结构性能指标和经济指标研究。建立了港口工程混凝土结构可靠度指标与时间的关系。提出了港口工程混凝土结构全寿命成本计算模型。通过算例分析进行了多种设计方案的对比，利用提出的计算模型，确定了成本最优的设计方案。
　　(3)在总结国内外绿色评价方法研究现状的基础上，阐述了评价港口工程绿色度的重要性，建立了将可持续发展、环境保护等环境指标与用户满意程度相结合的港口工程全寿命周期绿色指标评价体系。采用基于三标度法及梯形模糊数的层次分析法对建立的绿色指标体系进行了分析。通过算例分析表明，该绿色指标体系及模糊层次分析方法能够用于港口工程绿色指标的评价中。
　　(4)开发了港口工程全寿命设计指标评价系统。该系统能对处于不同环境条件下和不同部位的港口工程混凝土结构构件的时间指标、性能指标、经济指标以及绿色指标进行分析和评估，从而为港口工程的全寿命设计提供技术支撑。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 全寿命设计理论简介

1．2．1 全寿命理论在工程领域的应用

1．2．2 全寿命成本理论

1．3 全寿命设计理论研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．3．3 存在的问题

1．4 本文的研究工作

1．4．1 港口工程结构全寿命设计理论框架

1．4．2 本文所做的工作

2 港口混凝土结构使用寿命研究

2．1 引言

2．2 基于全寿命的使用寿命评估方法

2．2．1 耐久性退化模型

2．2．2 耐久性水平等级

2．2．3 全寿命耐久性能设计

2．3 港口工程结构使用寿命预测模型

2．3．1 诱导期使用寿命预测

2．3．2 锈蚀期使用寿命预测

2．4 港口工程结构耐久性敏感构件分析

2．4．1 高桩码头结构

2．4．2 重力式码头结构

2．5 算例分析

2．5．1 高桩码头使用寿命预测

2．5．2 设计参数的敏感性分析

2．6 结论

3 港口工程混凝土结构全寿命性能指标设计

3．1 引言

3．2 基于可靠度的性能退化

3．3 材料性能退化模型

3．3．1 钢筋有效截面面积

3．3．2 材料强度

3．3．3 混凝土和钢筋之间的粘结力

3．4 锈蚀敏感构件抗力退化模型

3．4．1 梁、板构件

3．4．2 柱构件

3．5 全寿命周期成本分析

3．5．1 维修成本

3．5．2 全寿命周期成本

3．6 算例分析

3．6．1 寿命及成本预测

3．6．2 方案对比

3．7 结论

4 港口工程绿色指标评价

4．1 前言

4．2 模糊层次分析法

4．3 港口工程绿色指标评价体系

4．3．1 建立指标体系

4．3．2 确定权重

4．3．3 评价单因素指标

4．3．4 综合评价

4．3．5 结果处理

4．4 案例分析

4．4．1 权重的计算

4．4．2 评价单因素指标

4．4．3 评价结果

4．5 结论

5 港口工程全寿命设计指标评价系统简介

5．1 评价系统简介

5．2 绿色指标评价

5．3 性能指标评价系统

5．3．1 工程背景资料输入模块

5．3．2 使用寿命预测模块

5．3．3 全寿命成本评估模块

5．3．4 确定最优设计方案模块

6 结论与展望

6．1 本文结论

6．2 展望

参考文献

附录A 构件承载力的平均值函数和方差函数

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢