王禹遲，王元戰(zhàn)，龍俞辰，高樹奇

(1.天津大學(xué) 水利工程仿真與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市港口與海洋工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072；2.中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100007)

梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體可靠度計(jì)算方法

王禹遲1，王元戰(zhàn)1，龍俞辰1，高樹奇2

(1.天津大學(xué) 水利工程仿真與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市港口與海洋工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072；2.中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100007)

在環(huán)境條件和使用荷載作用下，高樁碼頭結(jié)構(gòu)損傷和承載力降低是普遍存在的問題。在役梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)安全評估，是保證港口設(shè)施安全運(yùn)行的必要措施。結(jié)構(gòu)整體可靠度是結(jié)構(gòu)安全評估的核心指標(biāo)，但目前尚未建立結(jié)構(gòu)整體可靠度計(jì)算的有效方法。基于非線性有限元數(shù)值模型，采用蒙特卡羅模擬技術(shù)確定了典型梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體極限承載力概率分布模型及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)，研究了損傷位置、損傷程度和損傷數(shù)量等對極限承載力概率分布及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)的影響，明確了無損結(jié)構(gòu)整體極限承載力概率分布模型及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)可用于損傷結(jié)構(gòu)分析。將結(jié)構(gòu)整體極限承載力作為結(jié)構(gòu)抗力隨機(jī)變量，采用一次二階矩法計(jì)算結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)，建立了一種在役梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體可靠度計(jì)算的有效方法。

梁板式高樁碼頭；極限承載力；概率分布；整體可靠度；安全評估

我國目前在役的絕大部分高樁碼頭結(jié)構(gòu)是由鋼筋混凝土板、梁、樁等構(gòu)件組成，在海洋環(huán)境(潮位變動、波浪迸濺、氯離子侵蝕等)、使用荷載(船舶靠泊、碼頭面堆貨、流動起重運(yùn)輸機(jī)械等)及偶然事故(船舶操控失誤、起重物掉落沖擊、碼頭超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)使用等)作用下，導(dǎo)致梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)損傷和承載力降低[1-3]，這是梁板式高樁碼頭運(yùn)行中普遍存在的問題。碼頭結(jié)構(gòu)安全性評估是保證港口設(shè)施運(yùn)行安全的必要措施，結(jié)構(gòu)可靠度是安全評估的基本依據(jù)。

目前，高樁碼頭安全評估主要是以構(gòu)件可靠度計(jì)算為基礎(chǔ)，汪克讓等[4]采用機(jī)構(gòu)分析法對高樁碼頭橫梁進(jìn)行可靠度分析，基于極限定理建立了可能機(jī)構(gòu)的極限狀態(tài)方程，得出結(jié)構(gòu)的失效概率；李鑫[5]建立了在役混凝土構(gòu)件壽命評估準(zhǔn)則和耐久性失效的極限狀態(tài)方程，提出了高樁碼頭橫梁可靠度評估方法；李聲文等[6]利用ANSYS有限元分析軟件對某一實(shí)際工程中的高樁墩式碼頭進(jìn)行了三維有限元分析，得到結(jié)構(gòu)的響應(yīng)面方程，基于碼頭面板位移失效模式和樁基鋼材屈服強(qiáng)度失效模式，分別計(jì)算兩種失效模式下的可靠指標(biāo)，并指出按結(jié)構(gòu)體系來計(jì)算可靠度指標(biāo)可以更好的反映實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的可靠度；黃然[7]采用響應(yīng)面數(shù)值模擬技術(shù)在設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)處擬合了代替真實(shí)極限狀態(tài)曲面的響應(yīng)面函數(shù)，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用一次二階矩法對架空直立式碼頭樁基進(jìn)行了可靠度分析。但是，某一構(gòu)件的可靠度不能反應(yīng)碼頭的整體安全度水平，梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)的整體安全度是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度問題。張戈[8]將高樁碼頭橫向排架出現(xiàn)塑性鉸的數(shù)量使結(jié)構(gòu)變成機(jī)構(gòu)時(shí)作為失效判別準(zhǔn)則，假設(shè)可能出現(xiàn)的失效模式，分別計(jì)算相應(yīng)的可靠指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上建立高樁碼頭橫向排架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度計(jì)算方法。關(guān)于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度雖然已開展了一些研究工作，但目前仍未得到很好的解決[9]。

結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算方法主要有蒙特卡羅法、一次二階矩法和二次二階矩法等。蒙特卡羅法在足夠模擬次數(shù)的情況下能夠得到較精確的結(jié)果，但對于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)而言，計(jì)算效率低，不便于實(shí)際應(yīng)用；一次二階矩法和二次二階矩法在極限狀態(tài)方程隱式表達(dá)下無法使用。在基于極限承載力的可靠指標(biāo)計(jì)算中，若極限承載力的概率分布已知，結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程可得到顯示表達(dá)，可靠指標(biāo)計(jì)算可采用工程中常用的一次二階矩法。目前，高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體極限承載力的概率分布尚無相關(guān)資料，是高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體可靠度計(jì)算中有待解決的關(guān)鍵問題之一。

選取常用的典型梁板式高樁碼頭標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)段作為研究對象，選擇結(jié)構(gòu)材料性能參數(shù)與幾何尺寸參數(shù)等為隨機(jī)變量，基于非線性有限元數(shù)值模型，采用蒙特卡羅模擬建立結(jié)構(gòu)整體極限承載力概率分布模型及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)；在此基礎(chǔ)上，采用一次二階矩法計(jì)算結(jié)構(gòu)體系的可靠指標(biāo)。研究了損傷位置、損傷程度和損傷數(shù)量對高樁碼頭極限承載力概率分布及統(tǒng)計(jì)參數(shù)的影響，得出了損傷位置、損傷程度和損傷數(shù)量不影響結(jié)構(gòu)極限承載力的概率分布，可以采用無損結(jié)構(gòu)極限承載力概率分布模型計(jì)算損傷結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)的結(jié)論，為在役高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體安全度評估提供了一種簡單、實(shí)用的方法。

1 結(jié)構(gòu)整體可靠度計(jì)算思路

基于極限承載力的梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體可靠度計(jì)算方法的基本思路：

1)建立梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算的彈塑性有限元模型。在有限元模型中，考慮梁、板、樁等鋼筋混凝土構(gòu)件和地基土的彈塑性本構(gòu)關(guān)系及樁-土接觸面滑移、張裂和閉合特性。

2)建立基于彈塑性有限元模型的梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)極限承載力計(jì)算方法。具體方法是：采用建立的有限元模型，逐步增加荷載對結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性分析，直至計(jì)算因不收斂終止，倒數(shù)第二個(gè)子步對應(yīng)的荷載即認(rèn)為是結(jié)構(gòu)的極限承載力。

3)通過蒙特卡羅模擬建立典型梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體極限承載力概率分布模型及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)。以典型梁板式高樁碼頭標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)段為研究對象，選擇結(jié)構(gòu)材料性能參數(shù)與幾何尺寸參數(shù)為隨機(jī)變量，隨機(jī)抽取樣本，采用步驟2)的方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的極限承載力。在對大量極限承載力計(jì)算樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，確定典型梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體極限承載力概率分布模型及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)。

4)采用一次二階矩法計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)。以結(jié)構(gòu)整體極限承載力為抗力隨機(jī)變量(其概率模型已在步驟3)確定)，依據(jù)式(1)給出的功能函數(shù)，采用一次二階矩法計(jì)算結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)。

其中，R代表高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體極限承載力，S代表作用在高樁碼頭結(jié)構(gòu)上的荷載組合效應(yīng)。

5)極限承載力概率分布模型的適用性驗(yàn)證。在梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)上分別設(shè)置不同損傷位置、不同損傷程度和不同損傷數(shù)量，分別確定典型梁板式高樁碼頭極限承載力概率分布并計(jì)算其可靠指標(biāo)，通過與無損結(jié)構(gòu)比較，對可以采用無損結(jié)構(gòu)極限承載力概率分布計(jì)算損傷結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)的假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證。

6)被評估高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體可靠指標(biāo)計(jì)算。取結(jié)構(gòu)材料性能參數(shù)與幾何尺寸參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值，由步驟2)方法計(jì)算被評估高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體極限承載力的標(biāo)準(zhǔn)值；以無損結(jié)構(gòu)極限承載力概率分布模型及統(tǒng)計(jì)參數(shù)作為被評估高樁碼頭結(jié)構(gòu)抗力隨機(jī)變量的概率模型，采用步驟4)的法計(jì)算被評估高樁碼頭結(jié)構(gòu)的整體可靠指標(biāo)。

在上述梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體可靠度計(jì)算過程中，主要計(jì)算工作量是步驟3)通過蒙特卡羅模擬確定梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體極限承載力概率分布模型及統(tǒng)計(jì)參數(shù)。由于可以采用無損結(jié)構(gòu)極限承載力概率分布模型計(jì)算損傷結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)，因此無需重新計(jì)算被評估高樁碼頭結(jié)構(gòu)的極限承載力概率分布模型，極大地簡化了計(jì)算工作量。

2 有限元模型及極限承載力計(jì)算方法

2.1有限元模型

典型梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)斷面如圖1所示，有限元模型的計(jì)算域及邊界約束如圖2和圖3所示。在有限元模型中，采用SOLID65單元模擬鋼筋混凝土，SOLID45單元模擬樁側(cè)土體，并在土體和樁體之間設(shè)置接觸單元(TARGE170和CONTA174)。鋼筋混凝土構(gòu)件、地基土采用彈塑性本構(gòu)模型，混凝土材料屈服準(zhǔn)則采用多線性等向強(qiáng)化模型(MISO)，其本構(gòu)關(guān)系曲線按現(xiàn)行規(guī)范[10]確定，破壞準(zhǔn)則為改進(jìn)的William-Warnke五參數(shù)破壞準(zhǔn)則。鋼筋材料屈服準(zhǔn)則采用雙線性等向強(qiáng)化模型(BISO)。樁側(cè)土體采用Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則。

圖1 高樁碼頭斷面Fig. 1 Cross section of beam-slab piled wharf

圖2 數(shù)值模型計(jì)算域斷面Fig. 2 Cross section of numerical model

圖3 邊界約束示意Fig. 3 Boundary restraints of numerical model

2.2極限承載力求解方法

采用雙重非線性法對高樁碼頭的極限承載力進(jìn)行有限元數(shù)值分析?？紤]幾何非線性和材料非線性的高樁碼頭結(jié)構(gòu)增量平衡方程：

式中：Kep和Kσ為結(jié)構(gòu)彈塑性剛度矩陣和幾何剛度矩陣，Δu和ΔF分別為節(jié)點(diǎn)位移增量和荷載增量。

逐步施加荷載增量求解式(2)，此時(shí)結(jié)構(gòu)剛度隨之發(fā)生變化；當(dāng)荷載產(chǎn)生的應(yīng)力使切線剛度矩陣[K]T=[Kep]+[Kσ]奇異時(shí)，結(jié)構(gòu)無法繼續(xù)承載，此時(shí)的荷載即為極限承載力[11]。采用增量Newton Raphson迭代法求解，并輔助線性搜索及自適應(yīng)下降功能，以保證求解速度和收斂穩(wěn)定性[12]。

3 極限承載力概率分布模型確定方法

基于蒙特卡羅模擬確定高樁碼頭結(jié)構(gòu)極限承載力概率分布模型的基本思路：選取影響極限承載力的主要參數(shù)作為隨機(jī)變量，對其進(jìn)行抽樣形成輸入變量樣本；采用有限元模型計(jì)算該組樣本條件下結(jié)構(gòu)的極限承載力，得到極限承載力隨機(jī)變量樣本；通過對大量極限承載力樣本的統(tǒng)計(jì)分析，確定其概率分布模型及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)。

3.1影響因素(隨機(jī)變量)選擇

影響極限承載力的主要影響因素有以下三類：結(jié)構(gòu)材料性能的不確定性、結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算模式的不確定性[13]。文中考慮的影響因素(隨機(jī)變量)如表1所示。

3.2抽樣方法

對影響因素(隨機(jī)變量，見表1)按照其概率分布及統(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行抽樣，形成輸入變量樣本文件。有限元分析軟件ANSYS中的PDS模塊提供的蒙特卡羅模擬方法有直接抽樣法和拉丁超立方抽樣法。直接抽樣法效率較低，拉丁超立方抽樣法能夠有效改進(jìn)抽樣效率。一般情況下，同一個(gè)問題要得到相同精度的結(jié)果，拉丁超立方抽樣法比直接抽樣法要少20% ～ 40%的抽樣次數(shù)[14]。因此，采用拉丁超立方抽樣法，輸入變量樣本容量為103。

3.3極限承載力統(tǒng)計(jì)分析

為保證統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用概率紙檢驗(yàn)和假設(shè)檢驗(yàn)分析極限承載力的概率分布。概率紙檢驗(yàn)是通過觀察樣本點(diǎn)在指定分布概率紙上的分布情況，對比其與指定分布累積頻率曲線接近程度來判斷其所屬的概率分布。假設(shè)檢驗(yàn)在具體應(yīng)用時(shí)操作方法較多，各方法都有優(yōu)缺點(diǎn)，為了規(guī)避其缺陷導(dǎo)致的錯(cuò)誤，統(tǒng)計(jì)分析時(shí)采用卡方擬合優(yōu)度檢驗(yàn)、K-S檢驗(yàn)、Lilliefors檢驗(yàn)、C-M檢驗(yàn)[15]和A-D檢驗(yàn)[16]等多種方法對極限承載力樣本進(jìn)行分析，以接受檢驗(yàn)方法次數(shù)最多作為確定最優(yōu)分布原則。最后，綜合概率紙檢驗(yàn)結(jié)果和假設(shè)檢驗(yàn)結(jié)果，給出極限承載力的概率分布。

4 高樁碼頭水平極限承載力概率分布

4.1計(jì)算工況

為分析損傷對結(jié)構(gòu)極限承載力概率分布的影響，在確定計(jì)算工況時(shí)，除了設(shè)置無損結(jié)構(gòu)工況外，還按損傷位置、損傷程度和損傷數(shù)量選擇計(jì)算工況。高樁碼頭樁體破損發(fā)生在距樁頂較近的位置；橫梁跨中底部處于拉應(yīng)力區(qū)，常形成裂縫而導(dǎo)致鋼筋銹蝕，從而降低橫梁的承載力。因此，損傷模擬位置在樁體的頂部附近和橫梁的跨中底部，特別是主要承受水平荷載的斜樁頂部。損傷的模擬形式為在有限元模型中設(shè)置缺陷，如圖4所示。計(jì)算工況如表2所示，除工況1為無損結(jié)構(gòu)外，其余7種工況均為設(shè)置缺陷的損傷結(jié)構(gòu)。

圖4 損傷模擬示意Fig. 4 Schematic diagram of damage simulation

計(jì)算工況詳情工況1無損傷工況2直樁,距樁頂0.2m處設(shè)置損傷,截面損傷20%工況3向岸側(cè)斜樁,樁頂處設(shè)置損傷,截面損傷20%工況4橫梁,跨中底部設(shè)置損傷,截面損傷20%工況5向岸側(cè)斜樁,樁頂處設(shè)置損傷,截面損傷60%工況6向岸側(cè)斜樁,樁頂處設(shè)置損傷,斷樁工況7工況2+工況3工況8工況2+工況3+工況4

4.2水平極限承載力樣本檢驗(yàn)分析

對表2所示各種計(jì)算工況，采用第3節(jié)方法分別確定其極限承載力概率分布模型及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)。在分析各工況下極限承載力樣本時(shí)，對樣本值進(jìn)行無量綱化處理，即將所得樣本值除以所在工況下的極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，其中極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為各輸入隨機(jī)變量取其標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)計(jì)算求得的極限承載力值。

為確定樣本的概率分布，分別對工程中常用的正態(tài)分布、對數(shù)正態(tài)分布和極值I型分布進(jìn)行了分布擬合檢驗(yàn)。樣本服從正態(tài)分布和對數(shù)正態(tài)分布的可能性大于服從極值I型分布。

在概率紙檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用假設(shè)檢驗(yàn)進(jìn)一步選擇最優(yōu)分布，如表3所示。從表3可見，各工況下正態(tài)分布接受檢驗(yàn)的次數(shù)最多，其次是對數(shù)正態(tài)分布，極值I型分布全部拒絕。因此，各工況下極限承載力樣本的概率分布確定為正態(tài)分布。

表3 顯著水平0.05條件下極限承載力分布假設(shè)檢驗(yàn)Tab. 3 Distribution hypothesis test of ultimate bearing capacity(significant level 0.05)

(續(xù)表)

注：1)1代表正態(tài)分布，2代表對數(shù)正態(tài)分布，3代表極值I型分布；2)Y代表接受假設(shè)檢驗(yàn)，N代表拒絕假設(shè)檢驗(yàn)。

4.3水平極限承載力概率分布及統(tǒng)計(jì)參數(shù)

由以上檢驗(yàn)結(jié)果可確定，各計(jì)算工況下水平極限承載力概率分布為正態(tài)分布，統(tǒng)計(jì)參數(shù)如表4所示。由表4可見，損傷位置、損傷程度和損傷數(shù)量等不影響水平極限承載力概率分布，統(tǒng)計(jì)參數(shù)也接近。因此在計(jì)算各種損傷高樁碼頭結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)時(shí)，可采用無損結(jié)構(gòu)的概率分布及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)。

表4 各工況下水平極限承載力統(tǒng)計(jì)參數(shù)Tab. 4 Statistical parameters of level ultimate bearing capacity

5 可靠指標(biāo)計(jì)算

在高樁碼頭結(jié)構(gòu)極限承載力概率分布模型及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)確定后，可依據(jù)式(1)給出的功能函數(shù)，采用一次二階矩法計(jì)算結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)。

假設(shè)結(jié)構(gòu)所受荷載為船舶撞擊力，船舶撞擊力的標(biāo)準(zhǔn)值為448.84 kN，概率分布為極值I型分布，均值與標(biāo)準(zhǔn)值之比為0.753，變異系數(shù)為0.814。豎向荷載考慮了結(jié)構(gòu)自重力、碼頭面堆貨荷載(20 kPa)和門機(jī)荷載，取其設(shè)計(jì)值。

結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)的計(jì)算分為以下二種方法：

方法1：根據(jù)工況1～8各自極限承載力概率分布模型及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)，計(jì)算相應(yīng)工況的可靠指標(biāo)，稱之為實(shí)際可靠指標(biāo)；

方法2：根據(jù)工況1(無損傷結(jié)構(gòu))的極限承載力概率分布模型及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)，計(jì)算工況1～8的可靠指標(biāo)，稱之為計(jì)算可靠指標(biāo)。

通過二種方法計(jì)算結(jié)果的比較，分析采用無損高樁碼頭結(jié)構(gòu)極限承載力概率分布及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算各類損傷高樁碼頭結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)的可行性。

二種方法計(jì)算的各工況下高樁碼頭結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)及二種方法計(jì)算結(jié)果的相對誤差在表5中給出。

表5 不同工況下實(shí)際可靠指標(biāo)與計(jì)算可靠指標(biāo)比較Tab. 5 Comparison between real reliability index and calculated reliability index

由表5可見，采用高樁碼頭無損結(jié)構(gòu)極限承載力的概率分布及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算損傷結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)的相對誤差均小于4%。因此，采用無損高樁碼頭結(jié)構(gòu)極限承載力概率分布及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算各類損傷高樁碼頭結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)是可行的。

6 結(jié) 語

基于非線性有限元數(shù)值模型，通過蒙特卡羅模擬給出了梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體水平極限承載力概率分布模型及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)。將結(jié)構(gòu)整體極限承載力作為結(jié)構(gòu)抗力隨機(jī)變量，采用一次二階矩法計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)，建立了在役梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體可靠度計(jì)算的有效方法。

1)梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體水平極限承載力概率模型為正態(tài)分布，損傷位置、損傷程度和損傷數(shù)量對極限承載力概率分布及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)的影響很小。

2)對在役或損傷梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行水平承載力安全評估時(shí)，可依據(jù)無損結(jié)構(gòu)水平極限承載力概率分布模型及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)，采用一次二階矩法計(jì)算在役或損傷結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)。

3)結(jié)構(gòu)整體極限承載力概率分布模型及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)，需通過蒙特卡羅模擬確定，計(jì)算工作量巨大。文中提供的方法無需通過蒙特卡羅模擬重新確定擬評估碼頭結(jié)構(gòu)的整體極限承載力概率分布模型及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)，為在役或損傷梁板式高樁碼頭結(jié)構(gòu)的安全評估提供了一種有效方法。

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Calculation method of structure system reliability of beam-slab piled wharf

WANG Yuchi1, WANG Yuanzhan1, LONG Yuchen1, GAO Shuqi2

(1. Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety, Tianjin Key Laboratory of Harbor and Ocean Engineerings, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 2. Water Transport Planning and Design Co., Ltd., CCCCL, Beijing 100007, China)

Member damage and bearing capacity reduction are the common problems for the beam-slab piled wharf due to the effect of marine environment and load action. The safety assessment of the beam-slab piled wharf is a necessary measure for the safe operation of port facilities. The structure system reliability is the key index for structure safety assessment. However, there is no efficient method for the calculation of structure system reliability at present. Based on nonlinear finite element model, the probability distribution model with statistical parameters of the ultimate bearing capacity of beam-slab piled wharf is established by using Monte Carlo simulation method. The effects of the damage location, damage extent and damage quantity on the probability distribution model and statistical parameters of the ultimate bearing capacity are investigated. It is showed that the probability distribution and statistical parameters of ultimate bearing capacity of the damaged structures are basically the same as those of the non-destructive structure. Taking the ultimate bearing capacity of the structure system as the random variable of structure resistance and calculating the reliability index of structure using the first-order second-moment method, an effective method for calculating the system reliability of beam-slab piled wharf is proposed.

beam-slab piled wharf；ultimate bearing capacity；probability distribution; structure system reliability; safety assessment

U656.1

A

10.16483/j.issn.1005-9865.2015.01.007

1005-9865(2015)01-0058-08

2014-02-06

交通運(yùn)輸部應(yīng)用基礎(chǔ)研究資助項(xiàng)目(2014328224040)；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51279128)

王禹遲(1989-)，男，天津人，博士生，主要從事港口海岸及近海工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算方面的研究。E-mail: 595810413@qq.com