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原文传递考虑腐蚀效应的高桩码头时变地震易损性分析

论文题名：	考虑腐蚀效应的高桩码头时变地震易损性分析
关键词：	高桩码头;桩土相互作用;地震响应;易损性曲线;氯离子侵蚀
摘要：	随着我国“一带一路”倡议的深入实施，我国海运贸易得到迅速发展，作为进出口贸易重要枢纽，港口在沿海开放城市得以大力兴建，码头数量也达到前所未有的高度。由于码头所处环境相对复杂，海洋环境中氯离子侵蚀会对结构材料造成不同程度损伤，进而影响结构的抗震性能。为更好应对不同腐蚀程度对高桩码头地震破坏的影响，本文开展了考虑腐蚀效应的高桩码头地震易损性分析及震后损失评估。　　基于此，本文针对考虑腐蚀效应的高桩码头结构体系。首先，分析氯离子侵蚀对钢筋混凝土材料力学性能影响规律，通过对浪溅区桩基采用考虑腐蚀效应的桩截面特性，建立高桩码头二维有限元模型。其次，对不同腐蚀年限下的高桩码头进行静力及动力时程分析。然后，基于地震易损性分析理论，针对不同损伤状态绘制不同腐蚀年限下地震易损性曲线。最后，基于性态的地震工程(PBEE)理论框架及经济投入产出生命周期评价(EIO-LCA)方法，对考虑腐蚀效应的高桩码头进行震后损失评估。具体研究内容及得到认识如下: 　　(1)基于Fick第二定律，以钢筋锈蚀机理为基础，选用随机坑蚀方式进行钢筋性能退化数值模拟分析，分别讨论钢筋锈蚀初始时间，钢筋及混凝土材料性能随时间退化规律。同时，确定了码头桩基腐蚀严重的浪溅区域。基于开源数值计算平台OpenSees,通过对腐蚀区域桩基采用考虑腐蚀效应的桩截面特性,建立高桩码头二维有限元模型。　　(2)通过单一地震输入，进行不同腐蚀年限下高桩码头动力时程响应分析，针对两个典型时刻的面板位移、桩基轴力、剪力、弯矩及曲率，讨论不同腐蚀效应对高桩码头地震响应的影响;为避免分析结果的偶然性，通过多条地震动输入，对高桩码头最大响应量的平均值进行分析，进一步考查腐蚀效应对高桩码头地震响应的影响。结果表明:桩基腐蚀减小了码头面板的位移，并引起陆侧桩自由段内力明显变化，增大结构安全隐患。　　(3)基于地震易损性分析理论，选取PGV作为码头结构地震需求模型的地震动强度指标，采用Pushover分析方法确定高桩码头各损伤状态的地震需求界限值。利用对构件能力需求比进行对数回归分析，形成高桩码头时变地震易损性曲线，分析码头桩基在不同强度等级地震作用下破坏的概率。结果表明:随着码头服役时间的增加，面板位移、桩顶弯矩及曲率在轻微、中等和严重损伤状态下的损伤超越概率均在逐渐增加。　　(4)基于性态的地震工程(PBEE)理论框架和经济投入产出生命周期评价(EIO-LCA)方法，选择桩与面板连接的曲率作为工程需求参数(EDP),将EDP与损伤程度(DS)结合确定不同损伤程度发生的概率，然后将DS与维修数量联系起来建立结构损失模型。最后对震后考虑腐蚀效应的高桩码头维修成本、维修时间及碳足迹指标进行了分析。结果表明:平均修复成本、修复时间及碳足迹开始累积后，均随着地震强度的增加而增大。　　以上研究方法和认识对高桩码头设计与腐蚀防护提供有效建议，为腐蚀后高桩码头结构地震响应分析提供有价值的参考与借鉴，并对降低地震作用下因腐蚀损伤导致的更加严重的经济损失和人员伤亡具有极大价值。
作者：	王龙龙
专业：	土木水利
导师：	凌贤长;苏雷
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2023