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原文传递靠船墩桩土相互作用分析及疲劳可靠度研究

论文题名：	靠船墩桩土相互作用分析及疲劳可靠度研究
关键词：	靠船墩;桩土结构;疲劳可靠度;桩土相互作用
摘要：	通常的结构分析模型是建立在确定性物理意义上的，即把分析过程中各种因素作为确定性物理量来进行处理。但是，实际工程结构分析中存在各种各样的不确定性。本文通过靠船墩结构的随机力学分析方法、可靠度计算方法、疲劳可靠度和寿命预报计算方法的系统研究，一方面在理论上提出靠船墩疲劳可靠度的分析方法，另一方面可以指导工程实践，实践中可以在确保安全的前提下提出经济合理的设计方案，具有广泛的应用价值和现实的社会意义。本文采用传统的M法和考虑土层塑性的P-Y曲线法，并与三维弹塑性有限元法进行对比，考虑地基土性参数和荷载的随机性，对高桩墩式结构物进行随机力学分析；并在此基础上引入疲劳分析中应用广泛的中值S-N曲线，同时考虑其随机特性，采用改进的响应面法对高桩墩式结构物进行疲劳可靠度分析，并根据疲劳可靠度进行寿命预报。研究受到不确定因素影响的港口工程结构的疲劳问题，引入结构可靠性理论，用疲劳可靠性分析的方法，对结构在疲劳方面的安全性作出比用确定性方法更加合理的评估，从而为结构在疲劳方面的安全性评估提供更加科学合理的手段。本文运用工程力学、土力学、有限元、疲劳可靠度等理论，对高桩墩台结构桩土相互作用及靠船墩结构疲劳可靠度开展相应的研究，在我国港口工程中具有明显的工程背景和理论及实用价值。主要工作内容如下： (1)综述了桩土结构分析、工程结构可靠度、疲劳可靠性研究现状和已经取得的研究成果。 (2)研究应用线性弹性地基反力法M法和以非线性模式来反映桩土间的相互作用关系的P-Y曲线法来分析桩土相互作用，以桩台变位六要素建立平衡方程的三维桩和刚性承台结构物的整体计算方法，进行高桩墩台的结构分析。 (3)考虑荷载、土性参数存在随机性，结构响应变位、内力、应力也存在随机性，其标准差采用一阶Taylor展式近似求得，采用直接差分法求出进行结构响应分析的偏导数，概念清晰明了，程序实现方便。 (4)讨论了土与结构相互作用体系中桩的数值模拟方法，在广义位移法的基础上推导了斜梁单元计算列式，比较分析实体单元和梁单元在反映土与桩基相互作用有限元计算中的适用性，研究了在广义位移法的基础上采用梁单元模拟桩的应用模式，提出按接触问题求解桩土相互作用问题的有限元混合解法。 (5)分析了结构可靠度JC法及其随机变量的统计特性对可靠度计算的影响，讨论了功能函数的建立，通过正交“试验”拟合一个响应面来模拟真实的极限状态曲面，用一个待定的响应面函数逐步逼近实际的功能函数，提出了改进的响应面法，使可靠度分析更为有效。 (6)提出采用疲劳中值S-N曲线，进行靠船墩桩结构疲劳可靠性分析，从概率的角度对结构的疲劳寿命进行预测，从而对结构在疲劳方面的安全性做出评估。 (7)对某汽车渡轮的靠船墩进行计算分析，并与实际运行状况分析对比，为靠船墩的可靠度设计提供理论依据和修复建议。
作者：	陆明生
专业：	工程力学
导师：	刘宁;邵国建
授予学位：	博士
授予学位单位：	河海大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文