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。     

高桩码头锈蚀破损面板残余承载力评估方法

高桩码头长期工作在具有腐蚀介质的潮湿环境中，因钢筋的锈蚀会使构件表面砼胀裂而破损，目前我国大部分的高桩码头进入了锈蚀破损的高峰期。通过研究指出：以往国内外用构件蚀破损表面积大小或顺筋裂缝大小的标准来确定维修方案的方法是不正确的。根据一般构件为等截面，而沿跨度分布的弯矩不均匀的事实，指出构件在控制断面以外的部位强度有富裕，允许钢筋适当的锈蚀仍能满足设计强度的新见解。提出了锈蚀破损面板的强度安全性评估准则、强度因子新概念及其具体计算式，可以量化评估犭蚀破损面板的残余承载力，为科学制定锈蚀破损面板的维修方案提供参考，在保证码头结构安全的同时，大大节省维修费用。     

离岸深水全直桩码头承载性能有限元分析

全直桩码头是适于软土地基上离岸深水海域的新型高桩码头结构型式,其承载机理与传统高桩码头存在较大差异,且软土地基循环软化效应显著。建立全直桩码头结构与地基相互作用三维弹塑性有限元模型,基于二次开发采用拟静力法对土体循环软化效应进行模拟。通过有限元模型研究全直桩码头的承载特性与破坏模式,并探讨水平极限承载力的影响因素。研究表明水平荷载作用下,基桩的塑性破坏是结构失稳的控制因素,地基土体的承载力对结构水平极限承载力不起决定性作用;竖向荷载作用下,结构竖向极限承载力由地基土体强度决定。研究范围内入土深度对结构水平极限承载力影响不大,但桩壁厚度减小或考虑土体软化后,结构水平极限承载力明显降低。设计中,增加入土深度可有效减小土体软化引起的水平极限承载力降低程度,且应考虑结构腐蚀和土体软化对水平极限承载力的双重降低效应,为钢管桩预留足够的腐蚀富裕量。     

吸力式沉箱基础长期水平荷载作用下承载特性试验研究

通过两组不同水平荷载作用下吸力式沉箱基础长期模型试验,对吸力式沉箱基础随时间的位移变化规律以及土压力分布规律进行了研究。试验结果表明:在长期模型试验中位移发展主要集中在试验前期,后期位移稳定需要更长时间,土体流变效应较为明显。土压力沿深度分布曲线呈抛物形状,表明沉箱基础在水平荷载作用下为转动模式,随时间增加被动区土压力变化呈增大趋势,主动区土压力呈减小趋势。土压力发展主要集中在试验前期,后期土压力变化相对较小,但土压力稳定所需时间较长,同时荷载值越大土压力稳定所需时间越长。     

水平循环荷载作用下单桩动力特性的数值模拟

采用修正的p-y曲线方法，分析了桩基础振动过程中桩土之间由于土体塑性变形导致的桩土脱开现象，给出了计算桩土脱开现象的数值模拟方法，并据此分析计算了中国渤海湾JZ20－2MUQ平台的桩基础动力特性，得到了桩基础振动过程中桩土脱开的区域，分析了桩土之间的脱开对桩基础动力响应的影响等问题。     

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。     

橡胶坝导流堤对高桩码头后方流场影响分析

首次提出了采用充水式橡胶坝导流堤对码头后方进行清淤减载的工程方案,并结合实际工程构建了码头后方三维流场数学模型,研究了垂直导流堤、下挑式导流堤、上挑式导流堤、离岸短堤、正八字型导流堤和倒八字型导流堤6种不同拓扑构型的橡胶坝导流堤对码头后方流场的影响,探讨了码头后方瞬时涡量、三维流线拓扑、时均流速及雷诺应力分布随不同型式导流堤的变化规律。研究结果表明,当布置橡胶坝导流堤后,码头后方流场流速会明显增大,其中垂直导流堤和上挑式导流堤挑流效果最为显著。     

环境激励下高桩码头模态参数识别及损伤诊断

高桩码头在长期使用过程中结构损伤是普遍存在的问题,有效检测结构损伤特别是隐蔽性部位对保证码头安全运营具有重要作用。利用NExT-ERA模态参数识别算法和模态应变能损伤定位原理,编制模态参数识别和损伤诊断程序。通过数值算例分析,验证环境激励下高桩码头排架基于模态参数识别及模态应变能进行损伤诊断的可行性和准确性。研究结果表明:NExT-ERA模态识别方法能较精确识别出高桩码头排架的动力参数;模态应变能变化率作为损伤诊断指标对损伤单元有较强的敏感性,能够识别出高桩码头不同工况下的损伤。     

高桩码头大管桩桩帽力学性能的三维非线性有限元分析

在高桩码头中,采用新型的大直径预应力混凝土管桩(大管桩)代替目前广泛应用的小尺寸预应力混凝土方桩,将大大提高桩的抗弯能力和垂直承载能力,因此是一种很有发展前途的新型结构型式[1].但大管桩的采用提出了高桩码头设计与施工方面的许多新课题,由于桩承载能力的提高,桩形状以及上部结构形式的变化,导致桩帽的形式及受力特性也相应地发生变化,因而巫需了解这种新型结构桩帽的受力特性,以便据此确定配筋计算原则.     

挡板式高桩码头透浪特性分析

具有挡浪设施的高桩码头是国内近年来采用的一种新型水工结构型式,具有防浪、透流、防止泥沙回淤和造价低等优点。根据Wiebel、Kriebel等人的理论分析,结合东营港扩建工程码头的尺度参数,对挡板的透浪系数Kt的计算进行了推导,并与物理模型试验及现行规范进行了比较与讨论。     

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。     

基于优化设计理论的高桩码头结构振动有限元模型修正

高桩码头是码头建筑物中应用最广泛的结构形式,利用高桩码头物理模型振动测试结果对码头结构有限元模型的修正进行研究。以结构特征灵敏度分析为基础进行了基于优化理论的有限元模型修正。修正后的有限元模型动力特性更趋近于实测值,同时为高桩码头结构的动力响应分析、损伤诊断和整体性评估提供基准。     

考虑桩土相互作用的高桩码头体系等效阻尼比及Pushover分析

为考虑桩土相互作用的高桩码头体系等效阻尼比,将地震作用下高桩码头的滞回耗能定义为各桩塑性铰耗能和桩-土相互作用耗能之和,桩-土相互作用耗能根据p-y曲线和Masing准则定义的滞回环确定,码头结构的塑性铰总耗能为各桩塑性铰耗能的总和,按照正弦激励下一个振动循环内高桩码头体系与相应单自由度体系粘滞耗能相等的原则,推导得到了高桩码头体系等效阻尼比计算公式,并对两个高桩码头进行了Pushover分析。分析表明,土体耗能对高桩码头体系阻尼贡献较大,根据码头各桩塑性铰出现顺序和转动情况计算码头的等效阻尼比更符合实际情况。     

基于位移的高桩码头抗震设计动力放大系数计算公式

为更加合理地计算基于位移的高桩码头抗震设计动力放大系数,采用40组地震动记录研究了双向水平地震作用下的码头动力放大系数。研究表明,码头的偏心距和分段长度以及地震波的入射角度对动力放大系数影响较大,地震动强度和近断层效应的影响可近似予以忽略。基于对动力放大系数计算结果的统计分析,提出了相应的计算公式,并确定了动力放大系数的变异系数和概率分布。     

高桩码头岸坡稳定有限元分析

采用有限元强度折减法分析岸坡稳定是目前比较前沿的研究成果,该方法在获得抗力分项系数的同时,可以得到岸坡土体的应力、位移场、塑性区以及桩基对岸坡稳定的影响。对国内某突堤码头建立了有限元模型,土体采用与Mohr-Column准则匹配的Drucker-Prager弹塑性准则,首次利用强度折减有限元法分析了在桩基影响下的成层土岸坡稳定问题,并给出了抗力分项系数、塑性区和位移场,从而为高桩码头岸坡的稳定性计算提供参考依据。     

大型钢管桩的动力测试和分析研究

本文介绍了用高应变法对某专用码头大直径钢管桩进行动力量测及ＣＡＰＷＡＰＣ法计算分析结果，提出了单桩极限承载力及该地区停锤标准，供设计部门参考。     

张力腿平台局部节点强度可靠度分析方法

局部节点可靠度分析对张力腿平台(TLP)整体安全性评估具有重要意义。提出了一个TLP平台局部节点可靠度的分析方法,首先对TLP平台整体进行分析,统计局部节点各种失效模式并得到典型失效模式及对应的典型荷载工况;然后应用改进的子模型技术对TLP平台局部节点进行极限承载能力分析,确定了局部节点在典型荷载工况下的极限承载力;对局部节点极限承载力及南海某区域的波浪荷载进行统计分析,得到其概率统计特性;在此基础上计算了TLP平台局部节点对应典型失效模式下的可靠度指标。通过算例分析表明,该TLP平台各节点可靠度指标值均大于3.1;立柱与浮箱连接节点在不同荷载工况下失效模式不同,而立柱与甲板连接节点易发生管交汇处剪切破坏。为TLP平台的安全性评估提供了一种有效的分析方法,具有一定的理论价值及实用价值。     

基于曲线相似性理论的高桩码头基腐蚀厚度检测方法研究

桩基属于柔性结构,低频密集,不利于检测.本研究利用小波变换法可以分离高频成份的特点,提出了利用高频成份和曲线相似性理论相结合的腐蚀厚度识别方法,并以天津港某梁板式码头为例进行了应用,具体步骤为：根据目前研究成果,确定五种典型工况,计算其动力反应;采用小波变换获得突出高频成份的特征曲线;借鉴曲线识别思想,根据实测曲线与特征曲线的相似度确定腐蚀厚度.结果表明,该方法具有较好的效果.     

水平荷载作用下裙式吸力基础承载性能研究

传统吸力基础是一个单桶结构,被广泛作为海洋平台、漂浮结构的基础,近年来也被推广到海上风电塔架。作为风电塔架基础,要充分提高其水平承载能力。为此,提出一种改进的基础形式—裙式吸力基础。采用Z_SOIL有限元软件,针对砂土地基,从水平单调加载和循环加载两个方面,对传统单桶吸力基础和裙式吸力基础进行了承载性能对比研究,得到了相应的荷载-位移曲线。研究结果表明,裙式吸力基础由于设置了"裙"结构,显著提高了其抵抗水平静载和循环水平动力荷载的能力,并能有效控制基础的水平位移,是值得推广应用的一种新型海洋工程基础形式。     

海上风电嵌岩桩水平抗力影响因素研究

桩基础是我国海上风电工程中应用最为广泛的基础形式,其中嵌岩桩因其施工难度大,承载力高备受关注。与其他类型的桩基础不同,嵌岩桩的水平承载力不仅受到围岩强度的影响,更与其成桩质量与灌浆材料的强度相关。采用有限元方法分析了嵌岩深度、桩基直径与壁厚、桩身倾斜度等多种因素对嵌岩桩水平承载力的影响,提出了确定嵌岩桩水平极限抗力的标准。研究表明：桩与围岩间的灌浆环会先于桩身发生破坏,因此可将灌浆环受拉破坏作为判断嵌岩桩达到水平极限承载力的标准;桩身倾斜度对嵌岩桩的水平极限承载力影响较大,直径和壁厚的增加,均能提高桩基的水平承载力。