靠船墩樁土相互作用分析及疲勞可靠度研究.pdf

1、通常的結(jié)構(gòu)分析模型是建立在確定性物理意義上的，即把分析過程中各種因素作為確定性物理量來進(jìn)行處理。但是，實(shí)際工程結(jié)構(gòu)分析中存在各種各樣的不確定性。本文通過靠船墩結(jié)構(gòu)的隨機(jī)力學(xué)分析方法、可靠度計(jì)算方法、疲勞可靠度和壽命預(yù)報(bào)計(jì)算方法的系統(tǒng)研究，一方面在理論上提出靠船墩疲勞可靠度的分析方法，另一方面可以指導(dǎo)工程實(shí)踐，實(shí)踐中可以在確保安全的前提下提出經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)的社會(huì)意義。 本文采用傳統(tǒng)的M法和考慮土層塑性

2、的P-Y曲線法，并與三維彈塑性有限元法進(jìn)行對(duì)比，考慮地基土性參數(shù)和荷載的隨機(jī)性，對(duì)高樁墩式結(jié)構(gòu)物進(jìn)行隨機(jī)力學(xué)分析；并在此基礎(chǔ)上引入疲勞分析中應(yīng)用廣泛的中值S-N曲線，同時(shí)考慮其隨機(jī)特性，采用改進(jìn)的響應(yīng)面法對(duì)高樁墩式結(jié)構(gòu)物進(jìn)行疲勞可靠度分析，并根據(jù)疲勞可靠度進(jìn)行壽命預(yù)報(bào)。研究受到不確定因素影響的港口工程結(jié)構(gòu)的疲勞問題，引入結(jié)構(gòu)可靠性理論，用疲勞可靠性分析的方法，對(duì)結(jié)構(gòu)在疲勞方面的安全性作出比用確定性方法更加合理的評(píng)估，從而為結(jié)構(gòu)在疲勞方面

3、的安全性評(píng)估提供更加科學(xué)合理的手段。 本文運(yùn)用工程力學(xué)、土力學(xué)、有限元、疲勞可靠度等理論，對(duì)高樁墩臺(tái)結(jié)構(gòu)樁土相互作用及靠船墩結(jié)構(gòu)疲勞可靠度開展相應(yīng)的研究，在我國港口工程中具有明顯的工程背景和理論及實(shí)用價(jià)值。主要工作內(nèi)容如下： (1)綜述了樁土結(jié)構(gòu)分析、工程結(jié)構(gòu)可靠度、疲勞可靠性研究現(xiàn)狀和已經(jīng)取得的研究成果。 (2)研究應(yīng)用線性彈性地基反力法M法和以非線性模式來反映樁土間的相互作用關(guān)系的P-Y曲線法來分析樁土相互作

4、用，以樁臺(tái)變位六要素建立平衡方程的三維樁和剛性承臺(tái)結(jié)構(gòu)物的整體計(jì)算方法，進(jìn)行高樁墩臺(tái)的結(jié)構(gòu)分析。 (3)考慮荷載、土性參數(shù)存在隨機(jī)性，結(jié)構(gòu)響應(yīng)變位、內(nèi)力、應(yīng)力也存在隨機(jī)性，其標(biāo)準(zhǔn)差采用一階Taylor展式近似求得，采用直接差分法求出進(jìn)行結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析的偏導(dǎo)數(shù)，概念清晰明了，程序?qū)崿F(xiàn)方便。 (4)討論了土與結(jié)構(gòu)相互作用體系中樁的數(shù)值模擬方法，在廣義位移法的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了斜梁?jiǎn)卧?jì)算列式，比較分析實(shí)體單元和梁?jiǎn)卧诜从惩僚c樁基相

5、互作用有限元計(jì)算中的適用性，研究了在廣義位移法的基礎(chǔ)上采用梁?jiǎn)卧M樁的應(yīng)用模式，提出按接觸問題求解樁土相互作用問題的有限元混合解法。 (5)分析了結(jié)構(gòu)可靠度JC法及其隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)特性對(duì)可靠度計(jì)算的影響，討論了功能函數(shù)的建立，通過正交“試驗(yàn)”擬合一個(gè)響應(yīng)面來模擬真實(shí)的極限狀態(tài)曲面，用一個(gè)待定的響應(yīng)面函數(shù)逐步逼近實(shí)際的功能函數(shù)，提出了改進(jìn)的響應(yīng)面法，使可靠度分析更為有效。 (6)提出采用疲勞中值S-N曲線，進(jìn)行靠船墩樁結(jié)