水平荷载作用下高桩码头整体可靠度研究

高桩码头在港口中应用较为广泛,与重力式码头相比,其耐久性较差,因此,其结构可靠度的研究对于工程安全运行至关重要。目前,高桩码头可靠性的研究大多局限于构件层面,特别是忽略了构件失效之间的联系,不能反映整体的安全性能。本文通过ANSYS软件建立高桩码头参数化数值模型,综合考虑失效模式之间的联系,计算码头的水平向极限承载力,进而求解码头的可靠指标。结果表明,本工程实例的码头水平向极限承载力服从正态分布;采用JC法算得码头水平向可靠指标为21.78,码头自身结构在水平向的安全储备较大。本文的分析方法可对高桩码头的设计和安全运营提供技术支持。     

珊瑚砂地质条件下钢板桩结构可靠性分析

在热带地区开展水运工程设计施工项目，经常会遇到珊瑚砂地质，其力学特性较为特别，强度低、易碎、黏性低，力学指标变异性较大，国内现有设计规范对珊瑚砂地质条件特殊性考虑不足，设计人员在相关设计参数选取时经常忽略采用可靠度理论进行结构安全复核。以马尔代夫机场扩建项目为案例，运用可靠度理论分析了珊瑚砂力学指标的高变异性对钢板桩结构稳定可靠度的影响。根据分析，在珊瑚砂地质条件下，按照《码头结构设计规范》（JTS167-2018）进行稳定性计算，得出的结果偏于危险，应引起结构设计人员的重视。在进行结构设计时，应同时按照《港口工程结构可靠性设计统一标准》（GB50158-2010）复核板桩结构可靠度。同时，珊瑚砂较小的黏性，在进行结构可靠度计算时可以忽略。     

基于改进神经网络的板桩结构可靠性分析

板桩码头是港口工程的一种常用结构,计算其可靠度指标对港口工程的安全意义重大。由于板桩结构的设计计算复杂,功能函数表达难度较大。Monte-Carlo法是解决此类问题的一种方法,但需要大量的抽样与数值计算,很不经济。人工神经网络模型可以用来逼近功能函数,在此基础上可平行地建立一次二阶矩法进行可靠度分析。但传统的BP神经网络模型有着容易陷入局部极小及预测精度低等问题。针对上述问题,引入Adaboost算法来改进BP神经网络模型,提出一种基于Adaboost的BP神经网络法来计算板桩结构的可靠度。以天津某板桩码头为例,采用新方法对板桩结构进行可靠度分析,并将计算结果与传统BP神经网络法及Monte Carlo法进行比较。结果表明:新方法的计算精度高于传统BP神经网络法,且计算结果与Monte Carlo法接近。     

直接积分法在防波堤可靠性分析中应用

防波堤是港口工程的重要组成部分,在港口工程总投资中占有较大的比重。准确地计算防波堤的可靠性具有重大的理论和经济意义。随着数理统计理论的快速发展,直接积分法在结构可靠性计算中的应用逐渐得到重视。应用直接积分法计算直立式防波堤的可靠性,概率意义明确,计算精度高。以秦皇岛典型直立堤为算例,采用直接积分法对直立式防波堤进行可靠性分析时,将无限积分区域转换成有限积分区域,分析选择了波浪力和浮托力的联合密度函数,采用数值积分的办法计算失效概率,并将计算结果与独立变量JC法和相关变量JC法的计算结果进行了对比。结果表明:直接积分法和相关变量JC法计算结果相近,而比独立变量JC法计算结果偏低。     

半潜式平台结构整体可靠性分析方法

针对海洋环境中的半潜式平台多方面不确定性,基于半潜式平台结构整体强度分析方法,考虑多种波浪荷载作用的结构响应,采用非线性逐步垮塌分析方法,研究平台在不同控制工况下的极限承载力模型,建立相应的功能函数.根据结构体系可靠度理论和失效模式之间的关系,采用串联体系的可靠度计算方法.最后,对一座具体半潜式平台在100年重现期波浪荷载作用下进行了体系可靠性计算.计算结果表明平台整体可靠度水平由波浪引起的主要结构响应形式决定.通过计算,验证可靠度计算方法具有高效性和可行性,可以为大型深水浮式平台结构的设计、维护和评估提供理论依据.     

单点系泊海洋导管架平台结构体系可靠性分析

采用非线性逐步倒塌分析方法，考虑桩-土-结构的非线性相互作用，研究了单点系泊海洋导管架平台在极端荷载作用下的承载能力计算模型，在此基础上结合蒙特卡洛随机抽样法，提出了单点系泊海洋导管架平台结构体系可靠度计算方法。最后对工程实例BZ28-1SPM单点系?白海洋导管架平台结构在20年设计基准期和50年重现期进行了体系可靠性分析：研究结果表明：用50年重现期的环境荷载参数来进行BZ28-1SPM单点系泊海洋导管架平台结构的设计是合理的；在环境荷载中起主导作用的是由波浪引起的系泊力；在海洋平台结构的设计及对已服役平台结构的评估中运用体系可靠度理论，可以为海洋平台结构的设计、维护和评估提供理论依据。     

梁板式高桩码头结构整体可靠度计算方法

在环境条件和使用荷载作用下,高桩码头结构损伤和承载力降低是普遍存在的问题。在役梁板式高桩码头结构安全评估,是保证港口设施安全运行的必要措施。结构整体可靠度是结构安全评估的核心指标,但目前尚未建立结构整体可靠度计算的有效方法。基于非线性有限元数值模型,采用蒙特卡罗模拟技术确定了典型梁板式高桩码头结构整体极限承载力概率分布模型及其统计参数,研究了损伤位置、损伤程度和损伤数量等对极限承载力概率分布及其统计参数的影响,明确了无损结构整体极限承载力概率分布模型及其统计参数可用于损伤结构分析。将结构整体极限承载力作为结构抗力随机变量,采用一次二阶矩法计算结构的可靠指标,建立了一种在役梁板式高桩码头结构整体可靠度计算的有效方法。     

涌潮作用下桩式丁坝横向动力特性现场试验及数值分析

结合在钱塘江盐官河段对涌潮作用下桩式丁坝动力特性进行的现场测试,首次将有限差分法应用于求解桩式丁坝框架结构受涌潮瞬态荷载作用时的动力响应。其桩周土模型采用Winkler假定,应用有限差分法将桩式丁坝框架结构的各梁柱单元离散后联立起来,从而求得整个结构的动力响应。通过参数研究揭示了结构的形式、结构的刚度、土的剪切波速(即反映桩土相对刚度)对桩式丁坝框架结构横向振动的影响。通过与现场测试结果比较可知,理论计算值与实测值基本吻合,验证了该方法的精度和稳定性。该方法计算过程简单,克服了传统的静力法不能考虑结构的惯性力以及土的粘滞阻尼和动刚度的缺点,对工程实际具有一定的指导意义。     

具有结构-桩-土相互作用的海洋平台结构体系承载能力的概率分析

本文研究了桩在竖向荷载和横向荷载作用下承载能力的计算模型,给出了单桩承载能力的概率分析以及不同支承条件对海洋平台结构体系承载能力的影响;提出了具有结构－桩－土相互作用的海洋平台结构体系承载能力的概率特性和在极端荷载作用下海洋平台结构体系的可靠度计算方法。研究结果表明：对于桩支承海洋平台结构体系的承载能力,结构－桩－土相互作用的影响是不容忽视的,其偏差影响取决于土性的离散度。     

深海顶张紧式立管涡激振动疲劳可靠性研究

以深海顶端张紧式立管为研究对象,基于圆柱体受迫振荡实验数据和能量平衡原理预报立管涡激振动响应及其诱发的疲劳损伤度,各主要参数随机化,应用响应面法建立了涡激振动疲劳安全系数与极限状态方程关系,研究了疲劳安全系数对结构可靠性的影响,并分析了各随机变量的灵敏度。研究结果表明:1)随着疲劳安全系数的增大,结构失效概率逐渐减小,且失效概率的减小幅度随疲劳安全系数的增加而趋缓。疲劳安全系数SF无需超过20。2)增加疲劳安全系数SF可降低疲劳载荷不确定量B、S-N曲线参数A、顶张力、流速、外径和壁厚等立管及环境随机变量对结构涡激振动疲劳损伤可靠性的影响。3)立管各参数中,流速、外径和壁厚均值越大,立管结构安全度越低,顶张力对结构影响相反;各参数的标准差越大,结构可靠度越低。均值灵敏度由大到小依次为顶张力、流速、外径和壁厚,标准差灵敏度由大到小依次为流速、张力、外径和壁厚。4)壁厚对深海顶张紧式立管涡激振动所致疲劳损伤影响很小,可忽略其影响。研究成果可为深海顶张紧式立管涡激振动疲劳安全系数的选取提供参考。     

极端荷载作用下海洋导管架平台体系可靠度分析

采用非线性倒塌分析方法，考虑桩－土－结构的非线性相互作用，研究了导管架平台在极端荷载作用下承载能力的计算模型，分析了平台结构体系在极端荷载作用下的全倒塌全过程，在此基础上，结合蒙特卡洛法，提出了海洋导管架平台结构的体系可靠度计算方法。最后对工程实例－涠11－4C海洋平台的结构进行了体系可靠性分析，并对比分析了不同的荷载效应计算公式对计算经的影响，研究表明计算经满足工程设计要求，便于工程应用。     

海洋导管架平台抗震可靠性分析方法

以渤海湾的两座典型海洋导管架平台为研究对象,运用非线性逐步破坏分析方法,提出了在环境荷载作用下海洋导管架平台结构抗震可靠性的分析方法,并计算了相应的可靠度.计算与分析结果表明,本例的海洋导管架平台的抗震可靠度较大,即失效概率很小,而且该分析方法是一种较为简单、实用和可靠的分析方法.     

基于混沌可靠性理论的海底管道稳定性研究

海底管道运输是目前世界上最重要的运输方式之一,但是海底管道检查维护、日常管理很不方便,一旦出现事故,维修非常困难,因此对海底管道进行失稳分析是完全有必要的。随着结构可靠性理论的发展和在实际生产中运用的日益成熟,国外的海底管道规范已经开始采用可靠性设计。文中采用混沌搜索可靠性理论对海底管道静态稳定性进行了有效的分析,并结合串联系统的可靠度理论对管道进行整体可靠度分析,最后结合算例验证了此方法的实用程度。分析结果表明,混沌搜索可靠性计算方法是可行有效的。     

设计波浪选取中的不确定性分析

近年来,国内外在海洋及海岸工程可靠度研究方面取得了很大进展,我国交通部主持进行的“统一设计标准”研究,也取得了不少成就.作为可靠度分析的一个重要组成部分--外荷的不确定性分析,已愈渐引起科技界及工程界的重视.由于波浪为海洋工程的主要外荷之一,因此,其不确定性更具有重要意义.目前国外不少学者对此进行了研究,并认为在对桩柱结构产生水动力荷载的九种影响因素中(即波高、波周期、海流、桩柱直径、海洋生物生长率、桩柱糙率以及波力计算中的两个参数C_d、C_m等),设计波高的不确定性约占上述九种因素所造成的总不确定性的55%-67%.因此,可以看出,对设计波浪预报的不确定性分析在海洋工程可靠度研究中是至关重要的.     

不同设计使用年限下实用设计表达式系数的求解

基于可靠度分析理论以及荷载标准值等数据的调整,分别运用JCSS法与Monte Carlo法计算出运用于结构领域的新的目标可靠指标并依据不同可变荷载的概率统计模型计算出对应于不同设计使用年限的调整系数及数理统计参数。以最小二乘法为准则,借助Matlab里的数学算子,分别采用穷举优化搜索法和极值理论求解法计算出实用设计表达式中荷载分项系数及结构重要性系数,并计算出标准值等数据调整前后的单构件的相对误差增量。从工程实际应用出发,在荷载、抗力分项系数均按现行规范采用的情况下,计算出能同时体现不同安全等级与设计使用年限的结构重要性系数,并分析了现行规范中采用的结构重要性系数取值对应的包络范围,对今后结构设计提供参考借鉴。     

船体可靠性评估

为了研究不同结构船体的寿命和使用时可靠度的关系,提出了一种基于试验的可靠度估计方法.针对不同结构船体寿命服从Weibull分布,在无失效数据情形下、置信度至少为γ和寿命为t时,根据船体寿命试验数据,给出了可靠度的单侧置信下限.该方法是在Weibull分布形状参数下限已知的情况下,能将所有的无失效寿命数据进行累加,大大提高了可靠性分析的精度.最后,对钢结构、钛合金结构、铝合金结构的船体,在寿命为t月、置信度至少为γ时,计算了3种结构船体的可靠度单侧置信下限.结果表明该方法易于计算,便于工程应用.     

直立式防波堤可靠性分析

防波堤一旦破坏,会严重影响港口的正常使用功能,准确计算防波堤的可靠度指标对港口工程意义重大。防波堤所受主要荷载为水平波浪力及波浪浮托力,计算可靠度应考虑两者的相关性。结合Gumbel-Houggard Copula函数与对数正态边缘分布构造二维的Copula分布可以很好地描述荷载间的相关性。本文以秦皇岛直立式防波堤为例,用二维Copula分布计算防波堤的可靠度,并与JC独立法、JC相关法进行了比较,结果显示:用Copula分布计算的结构可靠度指标远小于JC独立法计算结果,与JC相关法接近。     

海工结构物浅基础稳定性的可靠度分析

应用可靠度理论对渤海某油田软粘土地基工作的沉垫式基础的稳定性进行了可靠度分析，阐述了各个设计指标的变化对分项系数及可靠度指标的影响规律，并将分析结果与该标准中规定的分项系数进行了比较。     

海上风电基础结构研究现状及发展趋势

对国外海上风电机组基础结构的研究与工程应用现状进行了较为详尽地分析,重点对我国海上风电场开发建设有借鉴意义的重力式结构、单桩结构、三角架结构和导管架结构进行了分析论述.基于我国海洋工程技术水平和海上风电产业发展的动态,分析发展适合我国国情的海上风电机组基础结构的可行性及必要性,提出我国海上风电产业发展所面临的挑战.     

考虑软土蠕变对强度影响的高桩码头岸坡时变可靠度分析

考虑软土蠕变导致的土体抗剪强度的衰减效应,建立了软土长期强度模型,用以量化由于土体蠕变导致的土体抗剪强度参数随时间的变化规律。将时变可靠度理论结合有限元强度折减法,提出了考虑软土蠕变对强度影响的高桩码头岸坡时变可靠度算法。采用拉丁超立方抽样方法来改进传统蒙特卡罗法的随机抽样过程,提高计算效率。针对某一岸坡实例,将采用本文算法计算得到的可靠度结果与其他算法评估的结果进行对比分析,验证本文算法的可靠性。最后以我国沿海某高桩码头岸坡为例,基于本文算法评估了该码头岸坡的时变可靠度,分析了岸坡稳定性的时变规律。文中提出的时变可靠度分析方法不仅可以为在役高桩码头岸坡的安全评估提供强有力的技术支撑,同时也能为一些新建工程项目提供一定的参考应用价值。