港口工程板桩结构和桩基可靠度分析

论文摘要

港口工程板桩结构和桩基在其设计使用年限内应具有足够的可靠度,保证其可靠度要做到对结构进行合理的设计、施工和使用,而合理的设计在一定程度上反映在设计规范规定的安全水平上。所以,从某个角度讲,设计规范的合理性和先进性是结构可靠性的基础。本文以工程应用为目标,结合港口工程板桩设计规范和桩基规范修订的需要,对板桩结构和桩基可靠度进行了研究,主要研究内容如下:(1)提出了一种板桩结构计算的新方法,本法不需对板桩进行离散,借助简支梁的挠度计算公式,根据板桩与土的变形协调条件和结构的静力平衡条件即可解得板桩的内力、位移及拉杆拉力,与ANSYS计算结果进行了对比,结果符合较好;(2)对影响板桩结构可靠度的因素进行了研究,对板桩码头结构设计中变量的统计特性进行了分析,针对板桩墙内力计算时,功能函数为隐式的特点,提出了板桩结构的可靠度分析方法。对选取的国内14个典型的板桩码头的可靠度进行了分析,并提出了板桩码头结构设计的目标可靠指标,提出了“踢脚”稳定验算和锚碇结构稳定性验算抗力系数调整的建议;(3)提出一种分析单桩水平承载力的新方法,可以考虑桩顶自由和桩项固定两种情况,与ANSYS进行了对比,结果较吻合;基于本法,对单桩水平承载力进行了可靠度分析;(4)根据搜集的国内港口工程试桩资料,对不同土类别的桩侧阻力和桩端阻力参数与规范值进行了对比分析;以试桩资料为基础,对按规范中的经验公式法计算的桩基承载力进行了可靠度分析。(5)由于试桩数据的小样本性质,首先推导了一种适于小样本的最佳线性无偏估计量的概率分布函数,采用蒙特卡罗方法进行了验证。然后以此为基础提出了按试桩结果确定极限承载力标准值的概率方法,并对按试桩确定的桩基承载力可靠度进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 板桩结构计算方法发展
• 1.2.2 板桩结构可靠度研究
• 1.2.3 桩基水平承载力计算与可靠度研究
• 1.2.4 桩基竖向承载力计算与可靠度研究
• 1.2.5 小样本问题的概率研究
• 1.3 存在的问题
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 板桩结构分析的"拟简支梁"法
• 2.1 引言
• 2.2 板桩结构受力特性
• 2.3 计算模型的确定
• 2.4 作用于板桩上的荷载
• 2.5 变形协调方程的建立
• 2.5.1 主动荷载及地基反力引起的板桩变形
• 2.5.2 变形协调方程
• 2.6 静力平衡方程的建立
• 2.7 不同边界条件下的方程求解
• 2.7.1 设计前假定拉杆锚碇点位移的情况
• 2.7.2 考虑拉杆伸长和锚碇结构位移的情况
• 2.7.3 无锚板桩的情况
• 2.8 板桩内力和变形的求解
• 2.9 方法验证
• 2.10 本章小结
• 3 板桩结构可靠度分析
• 3.1 引言
• 3.2 板桩结构极限状态
• 3.3 影响板桩结构可靠度的因素
• 3.4 功能函数
• 3.4.1 "踢脚"稳定
• 3.4.2 板桩抗弯强度
• 3.4.3 拉杆抗拉强度
• 3.4.4 锚碇结构稳定
• 3.4.5 整体稳定性
• 3.5 荷载和抗力统计参数
• 3.5.1 码头均布荷载
• 3.5.2 波吸力
• 3.5.3 土性参数
• 3.5.4 板桩抗弯强度
• 3.5.5 拉杆抗拉强度
• 3.6 板桩结构可靠度分析
• 3.6.1 可变荷载组合规则
• 3.6.2 可靠度分析方法
• 3.6.3 结果分析
• 3.7 目标可靠指标
• 3.8 板桩结构设计表达式抗力系数的调整
• 3.9 本章小结
• 4 单桩水平承载力计算及可靠度分析
• 4.1 引言
• 4.2 水平承载桩的工作性状
• 4.3 水平承载桩内力计算
• 4.3.1 桩顶无约束的情况
• 4.3.2 桩顶固定的情况
• 4.3.3 方法验证
• 4.4 水平承载桩的可靠度分析
• 4.4.1 影响桩水平承载力可靠度的因素
• 4.4.2 功能函数和统计参数
• 4.4.3 可靠度分析
• 4.4.4 算例
• 4.5 本章小结
• 5 单桩竖向承载力计算与可靠度分析
• 5.1 概述
• 5.2 单桩竖向承载力计算
• 5.3 极限桩侧阻力、桩端阻力实测值与规范值的比较
• 5.4 单桩极限承载力计算值与实测值分析
• 5.5 按规范承载力公式设计的桩基础的可靠度分析
• 5.5.1 功能函数
• 5.5.2 变量的统计参数
• 5.5.3 可靠度分析
• 5.5.4 可靠指标影响因素分析
• 5.6 本章小结
• 6 小样本问题的概率分析
• 6.1 概述
• 6.2 最佳线性无偏估计方法
• 6.3 统计量的概率分布
• 6.3.1 统计量
• 6.3.2 顺序统计量的变换
• 6.3.3 各变量的上下限
• 6.3.4 概率密度函数
• 6.3.5 计算结果与模拟结果的比较
• 6.4 本章小结
• 7 按试桩确定竖向极限承载力的标准值及可靠度分析
• 7.1 概述
• 7.2 国内外规范关于试桩的规定
• 7.3 单桩极限承载力标准值的确定
• 7.3.1 按经典统计方法确定
• 7.3.2 按本章方法确定
• 7.3.3 两种方法的比较
• 7.3.4 算例
• 7.4 按试桩设计的桩基础的可靠度分析
• 7.4.1 可靠度分析方法
• 7.4.2 抗力分项系数
• 7.4.3 算例
• 7.5 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 创新点摘要
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 作者简介