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船舶撞击作用下大水位差架空直立式码头桩身时变可靠度分析

作　者: 陈晓攀
导　师: 周世良
学　校: 重庆交通大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 船舶撞击力大水位差架空直立式码头桩身时变可靠度可靠指标分配系数裂缝宽度
分类号: U656.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在设计基准期内,船舶撞击力、水流力、堆货等荷载都是依赖于时间参数的随机过程,结构抗力也是随时间逐渐衰变。码头结构可靠度分析通常没有考虑荷载和抗力的时变特性。通过开展大水位差架空直立式码头在设计基准期内船舶撞击作用下结构构件承载能力可靠性的研究,为码头结构时变可靠度的实时预报及安全使用提供科学的理论依据。本文根据大水位差架空直立式码头在运营期间载荷环境的特点,基于随机过程理论,考虑水位升降随时间变化时,靠泊船型和撞击发生作用次数的随机性,建立了船舶撞击力为主导可变作用的荷载模型;将抗力基本参数经时变化规律和统计特征引入桩身抗力计算公式,建立桩身抗力衰减模型;应用可靠度理论对桩身承载能力进行评估并提出了桩基时变可靠指标分配系数的表达式;考虑荷载的时变性对桩身裂缝宽度的影响,应用蒙特卡罗法模拟方法计算出桩身裂缝宽度随时间变化的概率上限值。结合工程实例,探索研究了大水位差架空直立式码头桩身时变可靠度的分析思路和计算方法,得到以下结论:①在进行大水位差架空直立式码头结构设计基准期内的可靠性评估中,应考虑荷载和抗力的时变性。②应用离散傅里叶变换相关理论进行变量拟合的方法,可以较好地解决荷载效应与时间的拟合问题。③由各时段的可靠指标可以看出:随着码头结构使用时间的增长,桩身截面承载能力可靠度指标逐渐减小,其变化规律因抗力衰减模式和荷载增大趋势的不同而有所差异;提出计算时变可靠指标分配系数近似表达式的方法,可以用于对可靠指标进行估测,便于工程应用。④对某一时刻裂缝宽度的概率分析,为桩身裂缝的实时监控提供依据。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-16
  1.1 研究背景意义  9-10
  1.2 国内外研究与发展现状  10-14
    1.2.1 可靠度理论在港口工程中应用  10-11
    1.2.2 时变可靠度的研究现状  11-13
    1.2.3 基于时间因素结构可靠度研究分类  13-14
  1.3 本文的主要研究内容  14-16
第二章基本理论和方法  16-35
  2.1 基本概念理论  16-28
    2.1.1 结构可靠度  16
    2.1.2 极限状态与功能函数  16-17
    2.1.3 失效概率与可靠指标  17-18
    2.1.4 时变可靠度  18-19
    2.1.5 蒙特卡罗模拟方法  19-23
    2.1.6 随机过程  23-24
    2.1.7 JC 法求解可靠指标  24-28
  2.2 相关变量拟合理论  28-34
    2.2.1 离散傅里叶变换（DFT）  28-33
    2.2.2 三次样条插值  33-34
  2.3 小结  34-35
第三章桩身承载能力时变可靠度分析  35-46
  3.1 基本思路  35
  3.2 桩基的失效模型  35-36
  3.3 影响桩身承载能力的因素  36
  3.4 承载能力极限状态表达  36-37
  3.5 荷载效应时变模型  37-39
    3.5.1 永久荷载作用效应  37-38
    3.5.2 可变荷载效应  38-39
  3.6 抗力时变模型  39-45
    3.6.1 抗力随机变量统计分析  39-40
    3.6.2 抗力时变特性分析  40-42
    3.6.3 抗力统计参数及其概率分布  42-43
    3.6.4 桩身抗力计算表达式  43-45
  3.7 小结  45-46
第四章工程实例分析  46-63
  4.1 工程实例概况  46-48
  4.2 桩基受力分析  48-49
    4.2.1 有限元模型  48
    4.2.2 计算参数和工况  48-49
    4.2.3 计算结果分析  49
  4.3 荷载时变效应统计参数  49-53
    4.3.1 永久荷载效应统计参数  49-50
    4.3.2 可变荷载效应统计参数  50-53
  4.4 抗力时变统计参数  53-54
  4.5 时变可靠指标  54-58
  4.6 可靠指标分配系数表达式  58-62
    4.6.1 可靠指标分配系数  58-59
    4.6.2 基于三样条插值的多变量拟合  59-61
    4.6.3 分配系数表达式  61-62
  4.7 小结  62-63
第五章桩身裂缝宽度概率分析  63-71
  5.1 引言  63
  5.2 裂缝成因与裂缝宽度影响因素  63-64
    5.2.1 裂缝产生原因  63
    5.2.2 影响裂缝宽度的因素  63-64
  5.3 考虑时变荷载作用下裂缝控制概率分析  64-66
    5.3.1 裂缝宽度计算式  64-66
    5.3.2 裂缝时变宽度  66
  5.4 裂缝宽度概率分析  66-70
    5.4.1 分析思路  66-68
    5.4.2 计算结果  68-70
  5.5 小结  70-71
第六章结论和展望  71-73
  6.1 结论  71
  6.2 展望  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-77
附录A  77-80
附录B  80-101
在学期间发表的论著及取得的科研成果  101

船舶撞击作用下大水位差架空直立式码头桩身时变可靠度分析

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