堆貨荷載下高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體安全度分析

王元戰(zhàn),李 妲

（天津大學(xué)水利工程仿真與安全國(guó)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）

堆貨荷載下高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體安全度分析

王元戰(zhàn),李 妲

（天津大學(xué)水利工程仿真與安全國(guó)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）

以大型通用有限元軟件ANSYS為平臺(tái)，建立了高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體極限承載力分析的非線性有限元數(shù)值模型。將蒙特卡洛方法與有限元數(shù)值模型相結(jié)合，求取出堆載下高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體極限承載力的概率分布及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)。以結(jié)構(gòu)整體極限承載力（結(jié)構(gòu)抗力）和作用荷載（作用效應(yīng)）為隨機(jī)變量，構(gòu)建反映高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體安全度的功能函數(shù)，采用JC法計(jì)算結(jié)構(gòu)的安全指標(biāo)，建立了高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體安全度分析的有效方法。研究了堆貨荷載下高樁碼頭結(jié)構(gòu)損傷與尺寸型式改變對(duì)極限承載力樣本概率分布與統(tǒng)計(jì)參數(shù)的影響，得出了堆載下高樁碼頭結(jié)構(gòu)極限承載力概率分布為正態(tài)分布，結(jié)構(gòu)損傷與尺寸型式改變對(duì)其統(tǒng)計(jì)參數(shù)影響不大的結(jié)論。計(jì)算表明，利用此法分析堆貨荷載下高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體安全度簡(jiǎn)便且可行。

高樁碼頭；堆貨荷載；整體安全度；極限承載力；概率統(tǒng)計(jì)

可靠度理論是分析和度量結(jié)構(gòu)安全性的一種先進(jìn)手段。國(guó)內(nèi)外工程界對(duì)結(jié)構(gòu)的可靠度分析可分為構(gòu)件層次可靠度分析與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體可靠度分析兩個(gè)層次。目前，對(duì)于高樁碼頭結(jié)構(gòu)體系可靠度與安全度研究工作多集中在構(gòu)件層次上，李鑫［1］對(duì)在役高樁碼頭的橫梁可靠度評(píng)估方法進(jìn)行了研究，考慮了包括氯離子、混凝土碳化及強(qiáng)度等因素隨時(shí)間變化對(duì)高樁碼頭橫梁結(jié)構(gòu)抗力的影響，對(duì)高樁碼頭的橫梁可靠度進(jìn)行計(jì)算；史青芬［2］把碼頭結(jié)構(gòu)分為結(jié)構(gòu)構(gòu)件、各分單元與整體結(jié)構(gòu)三個(gè)層次，并把碼頭結(jié)構(gòu)劃分為多個(gè)組成單元，采用分層綜合結(jié)構(gòu)模型，對(duì)高樁碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了可靠度分析，并給出安全等級(jí)評(píng)估。在高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體可靠度分析的層次上，所開展的分析研究工作較少，仍處于探索階段。20世紀(jì)90年代初，有學(xué)者對(duì)高樁碼頭應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)理論進(jìn)行過可靠度評(píng)估［3］，隨著有限元法的廣泛應(yīng)用和可靠度計(jì)算方法的發(fā)展，亦有學(xué)者利用ANSYS對(duì)高樁墩式碼頭的可靠性指標(biāo)進(jìn)行了初步研究［4］。文獻(xiàn)［5］研究了水平荷載作用下高樁碼頭整體極限承載力的概率分布及統(tǒng)計(jì)參數(shù)，將結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程顯示表達(dá)并計(jì)算水平荷載下結(jié)構(gòu)的安全指標(biāo)。但對(duì)于高樁碼頭結(jié)構(gòu)，在其實(shí)際服役過程中并非僅承受水平向荷載的作用，結(jié)構(gòu)安全性更多是受豎向荷載作用的影響，更需探討結(jié)構(gòu)在豎向外部荷載（堆貨荷載等）的作用下極限承載力的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，進(jìn)一步完善高樁碼頭結(jié)構(gòu)的整體安全度計(jì)算分析方法。

本文以大型通用有限元軟件ANSYS為平臺(tái)，建立了高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體極限承載力分析的非線性有限元數(shù)值模型。將蒙特卡洛方法與有限元數(shù)值模型相結(jié)合，求取出堆載下高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體極限承載力的概率分布及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)。以結(jié)構(gòu)整體極限承載力（結(jié)構(gòu)抗力）和作用荷載（作用效應(yīng)）為隨機(jī)變量，構(gòu)建反映高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體安全度的功能函數(shù)，采用JC法計(jì)算結(jié)構(gòu)的安全指標(biāo)，建立了高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體安全度分析的有效方法。研究了堆貨荷載下高樁碼頭結(jié)構(gòu)損傷與尺寸型式改變對(duì)極限承載力樣本概率分布與統(tǒng)計(jì)參數(shù)的影響，得出了堆載下高樁碼頭結(jié)構(gòu)極限承載力概率分布為正態(tài)分布，結(jié)構(gòu)損傷與尺寸型式改變對(duì)其統(tǒng)計(jì)參數(shù)影響不大的結(jié)論。計(jì)算表明，利用此法分析堆貨荷載下高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體安全度簡(jiǎn)便且可行。

1 基本分析思路

高樁碼頭整體極限承載力代表了高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體的承載性能和安全狀況。本文以高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體極限承載力及作用荷載作為基本的隨機(jī)變量，可建立反映高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體安全度的功能函數(shù)如下

式中：R代表高樁碼頭整體極限承載力；S代表作用于高樁碼頭結(jié)構(gòu)上的荷載。

在式（1）中，作用于高樁碼頭結(jié)構(gòu)上的荷載作為隨機(jī)變量考慮，其概率分布與統(tǒng)計(jì)參數(shù)已在文獻(xiàn)［6］中說明，而高樁碼頭整體極限承載力的概率分布與統(tǒng)計(jì)參數(shù)現(xiàn)僅有水平向荷載作用下的參考數(shù)據(jù)，尚無(wú)堆貨荷載下的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為計(jì)算參考。為解決這一問題，本文利用蒙特卡洛模擬與非線性有限元結(jié)合，模擬出堆貨荷載作用下高樁碼頭整體極限承載力的概率分布與統(tǒng)計(jì)參數(shù)，根據(jù)所得參數(shù)使用JC法將非正態(tài)分布的設(shè)計(jì)變量當(dāng)量化為正態(tài)分布的設(shè)計(jì)變量，隨后即可采用工程中常用的計(jì)算方法對(duì)式（1）計(jì)算得出可靠指標(biāo)。

2 極限承載力概率分布與統(tǒng)計(jì)參數(shù)

2.1 極限承載力樣本求取

2.1.1 模型的輸入變量樣本

影響結(jié)構(gòu)極限承載力的因素有很多，如荷載種類、結(jié)構(gòu)尺寸、材料性能、計(jì)算方法等。本文考慮的荷載為堆貨荷載，并考慮結(jié)構(gòu)幾何尺寸、材料性能等影響因素如表1所示。利用ANSYS中PDS模塊提供的具有較高抽樣效率的拉丁超立方抽樣方法對(duì)表1中的影響因素進(jìn)行抽樣，形成求取極限承載力樣本模型的輸入變量樣本，樣本容量為400。

2.1.2 有限元模型概況

選取典型梁板式高樁碼頭標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)段為研究對(duì)象，其結(jié)構(gòu)斷面如圖1所示。本碼頭模型中鋼筋混凝土材料采用整體式的SOLID65單元模擬?；炷敛牧锨?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［7］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SOLID45單元模擬，采用Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則。為更好的模擬樁-土相互作用，本模型在樁與土體之間建立接觸單元（TARGE170和CONTA174）來(lái)模擬其粘結(jié)、滑移和脫離等現(xiàn)象。

2.1.3 極限承載力求解方法

對(duì)高樁碼頭模型進(jìn)行有限元數(shù)值分析，通過逐步施加荷載增量來(lái)求解結(jié)構(gòu)的繼續(xù)承載力。考慮幾何非線性和材料非線性的高樁碼頭結(jié)構(gòu)增量平衡方程為

在每個(gè)荷載增量步內(nèi)，對(duì)式（2）按照增量-Newton Raphson迭代法進(jìn)行求解，并輔以線性搜索及自適應(yīng)下降功能，來(lái)保證求解速度和收斂穩(wěn)定性［8］。隨著荷載的逐步施加，高樁碼頭結(jié)構(gòu)的剛度隨之發(fā)生變化，當(dāng)荷載產(chǎn)生的應(yīng)力使切線剛度矩陣趨于奇異時(shí)，結(jié)構(gòu)無(wú)法繼續(xù)承載，此時(shí)的荷載即為極限承載力［9］。在碼頭上部結(jié)構(gòu)上選取一特征點(diǎn)（位置在圖1中標(biāo)出），可繪制豎向荷載—位移曲線如圖2。從圖2中可看出，加載后期，荷載—位移曲線的斜率已趨于零，即荷載增加很小，結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生較大的位移，可以判定結(jié)構(gòu)已經(jīng)達(dá)到極限承載力。由此可見，本文選取的求解結(jié)構(gòu)極限承載力的方法是可行且較準(zhǔn)確的。

2.1.4 極限承載力樣本求取流程

本文利用ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言（APDL）編寫程序，并運(yùn)用宏技術(shù)將求解極限承載力樣本的各功能進(jìn)行分塊，將影響因素抽樣、有限元分析及樣本輸出模塊形成的獨(dú)立宏文件與主程序連接，具有較好的穩(wěn)定性。整個(gè)求解程序的基本流程如圖3所示。

2.2 樣本概率統(tǒng)計(jì)分析

2.2.1 工況設(shè)置

目前，實(shí)際在服役的高樁碼頭結(jié)構(gòu)普遍存在不同程度的損傷，且其實(shí)際結(jié)構(gòu)型式或設(shè)計(jì)尺寸會(huì)與前文介紹的典型結(jié)構(gòu)段有一定區(qū)別。為研究結(jié)構(gòu)損傷以及結(jié)構(gòu)型式與尺寸變化對(duì)極限承載力概率分布的影響，本文除設(shè)置了典型尺寸與型式的無(wú)損傷結(jié)構(gòu)工況外，還按照結(jié)構(gòu)損傷情況、結(jié)構(gòu)尺寸改變情況和結(jié)構(gòu)型式改變（圖4）設(shè)計(jì)組合工況。工況設(shè)置的具體情況詳見表2。根據(jù)文獻(xiàn)［10-11］，高樁碼頭多于樁頂與樁帽連接處、橫梁跨中底部出現(xiàn)裂縫等損傷，面板處多現(xiàn)大面積剝蝕破壞，本文采用直接減小截面尺寸的方法來(lái)模擬面板大面積的剝蝕破壞，采用在結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)裂縫的位置處設(shè)置缺陷來(lái)模擬損傷，損傷模擬示意如圖4。

2.2.2 概率分布檢驗(yàn)與確定

得到不同工況下的極限承載力樣本值后，需將樣本值進(jìn)行無(wú)量綱化處理，使其更具一般性。處理方法為用樣本值除以其所對(duì)應(yīng)工況下的極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，這里的極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為各輸入隨機(jī)變量取標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)計(jì)算所得的極限承載力值。為進(jìn)一步減少確定樣本分布規(guī)律的干擾因素，本文采用拉依達(dá)準(zhǔn)則［12］對(duì)無(wú)量綱化后的樣本值進(jìn)行異常值的剔除。

為確定所得樣本的概率分布，以工況（一）為例，首先繪制無(wú)量綱化后的樣本分組直方圖如圖5所示，觀察其概率密度曲線與工程中常見的正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布和極值I型分布相似，故采用概率紙檢驗(yàn)的方法來(lái)觀察樣本點(diǎn)在指定分布概率紙上的分布情況，工況（一）的檢驗(yàn)結(jié)果如圖6所示，可以直觀的看出樣本點(diǎn)與正態(tài)累積概率曲線、對(duì)數(shù)正態(tài)累積概率曲線較接近，基本呈直線分布，與極值I型累積概率曲線擬合較差，尤其在尾部樣本點(diǎn)曲線較遠(yuǎn)。工況（二）到工況（十四）的概率紙檢驗(yàn)結(jié)果與工況（一）類似，限于篇幅原因不在此一一列出?；谝陨咸攸c(diǎn)，可以認(rèn)為各工況下樣本服從正態(tài)分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布的可能性要大于其服從極值I型分布。

為進(jìn)一步選擇最優(yōu)分布，分別采用χ2擬合優(yōu)度檢驗(yàn)、Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)、Lilliefors檢驗(yàn)、Cramer-Von Mises檢驗(yàn)［13］及A-D檢驗(yàn)［14］共五種假設(shè)檢驗(yàn)方法對(duì)各工況下所得極限承載力樣本進(jìn)行分析，假設(shè)檢驗(yàn)結(jié)果匯總于表3，其中，A代表正態(tài)分布，B代表對(duì)數(shù)正態(tài)分布；0代表接受假設(shè)檢驗(yàn)，1代表拒絕假設(shè)檢驗(yàn)；p值為在顯著性水平為0.05的情況下不拒絕接受該假設(shè)檢驗(yàn)的檢驗(yàn)值，p值越大表示不拒絕接受假設(shè)檢驗(yàn)的可能性越大；m值為在顯著性水平為0.05的情況下不拒絕接受該假設(shè)檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)值，與相應(yīng)的臨界統(tǒng)計(jì)值比較，m值越小表示不拒絕接受假設(shè)檢驗(yàn)的可能性越大。

從表3中可看出，有六種工況正態(tài)分布接受假設(shè)檢驗(yàn)方法的次數(shù)較對(duì)數(shù)正態(tài)分布多一些，剩余八種工況下，兩種分布接受假設(shè)檢驗(yàn)方法的次數(shù)一樣多，但進(jìn)一步比較正態(tài)分布與對(duì)數(shù)正態(tài)分布的檢驗(yàn)p值與檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)m值可知，正態(tài)分布的檢驗(yàn)p值更大，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)m值更小。由此可認(rèn)為，正態(tài)分布為各工況下極限承載力樣本的最優(yōu)分布。為進(jìn)一步驗(yàn)證上述結(jié)果的可信度，采用專門用于檢驗(yàn)樣本是否服從正態(tài)分布的d′Agostino檢驗(yàn)法與Jarque-Bera檢驗(yàn)法［15］對(duì)上述十四種工況極限承載力樣本進(jìn)行檢驗(yàn)，所得結(jié)果均不拒絕接受原假設(shè)。

綜合以上假設(shè)檢驗(yàn)結(jié)果可知，在堆貨荷載作用下，高樁碼頭結(jié)構(gòu)損傷、尺寸與型式改變不影響極限承載力的概率分布類型，可確定堆載下高樁碼頭極限承載力概率分布為正態(tài)分布。

2.2.3 統(tǒng)計(jì)參數(shù)確定

利用極大似然估計(jì)法統(tǒng)計(jì)計(jì)算，并剔除異常樣本值后，得到各工況堆貨荷載作用下高樁碼頭結(jié)構(gòu)極限承載力樣本統(tǒng)計(jì)參數(shù)如表4所示。比較工況（一）～（九）可知，結(jié)構(gòu)損傷對(duì)極限承載力統(tǒng)計(jì)參數(shù)略有影響，從變異系數(shù)的比較中可看出，有損結(jié)構(gòu)極限承載力統(tǒng)計(jì)樣本值的離散程度較無(wú)損結(jié)構(gòu)略大，且損傷程度越高、損傷數(shù)量越多，結(jié)構(gòu)的極限承載力統(tǒng)計(jì)樣本值離散程度越大。分別將工況（十）～（十四）與工況（一）比較，總體上各工況下樣本統(tǒng)計(jì)參數(shù)比較接近，相對(duì)誤差均在5%以內(nèi)，可知結(jié)構(gòu)尺寸與型式改變對(duì)極限承載力統(tǒng)計(jì)參數(shù)影響不大。

3 堆載下高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體安全度分析

通過計(jì)算高樁碼頭整體可靠指標(biāo)來(lái)分析結(jié)構(gòu)的安全度，功能函數(shù)用式（1）表達(dá)，式中的兩個(gè)隨機(jī)變量的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差（）分別為

港口工程堆貨荷載的概率分布為極值I型分布［6］，首先使用JC法將其當(dāng)量化為正態(tài)分布的設(shè)計(jì)變量，隨后采用工程中常用的改進(jìn)一次二階矩法［16］對(duì)式（1）計(jì)算各工況的實(shí)際可靠指標(biāo)如表5所示，結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)極限承載能力隨結(jié)構(gòu)損傷程度與損傷數(shù)量的增加而下降，高度損傷結(jié)構(gòu)的實(shí)際可靠指標(biāo)與無(wú)損結(jié)構(gòu)相比有明顯降低，可認(rèn)為結(jié)構(gòu)的整體安全度明顯下降，這與工程實(shí)際中的認(rèn)識(shí)是一致的。

若采用無(wú)損典型尺寸結(jié)構(gòu)極限承載力概率分布的統(tǒng)計(jì)參數(shù)（工況一）計(jì)算其他工況下結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)，并將其與實(shí)際可靠指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算其相對(duì)誤差均小于5%，詳見表5。故在堆載下對(duì)高樁碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體安全度分析時(shí)，可采用無(wú)損結(jié)構(gòu)極限承載力的概率分布及統(tǒng)計(jì)參數(shù)對(duì)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果精度可以滿足工程要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以可靠度理論為基礎(chǔ)，結(jié)合結(jié)構(gòu)極限承載力的相關(guān)內(nèi)容，將高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體極限承載力及作用荷載作為基本的隨機(jī)變量，建立了反映高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體安全度的功能函數(shù)。利用ANSYS有限元軟件對(duì)堆載下高樁碼頭結(jié)構(gòu)極限承載力進(jìn)行了大量樣本統(tǒng)計(jì)分析，得出了堆載下高樁碼頭結(jié)構(gòu)極限承載力概率分布為正態(tài)分布，結(jié)構(gòu)損傷與尺寸型式改變對(duì)其統(tǒng)計(jì)參數(shù)影響不大的科學(xué)結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，對(duì)堆貨荷載作用下高樁碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了整體安全度的分析，結(jié)果表明利用此法分析堆載下高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體安全度簡(jiǎn)便且可行。

［1］李鑫.在役高樁碼頭橫梁可靠度評(píng)估方法研究［D］.天津：天津大學(xué),2010.

［2］史青芬.高樁碼頭結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估［D］.重慶：重慶交通大學(xué),2010.

［3］竺存宏,韓玉,劉衛(wèi)民.海港高樁碼頭結(jié)構(gòu)可靠度的模糊數(shù)學(xué)評(píng)估［J］.水道港口,1992（4）：1-11. ZHU C H,HAN Y,LIUW M.Fuzzy Mathematical Evaluation for the Reliability of the Structure of Wharf in Seaport［J］.Journal of Waterway and Harbor,1992（4）：1-11.

［4］李聲文,張日向,韓麗華.基于ANSYS的高樁墩式碼頭可靠度分析［J］.水道港口，2011,32（4）：276-280. LISW,ZHANGR X,HAN L H.Reliability analysis of pile pier based on ANSYS［J］.Journal of Waterway and Harbor,2011,32（4）：276-280.

［5］王元戰(zhàn),高樹奇,張智凱,等.梁板式高樁碼頭極限承載力概率分布［J］.水道港口,2012（6）：515-522. WANG Y Z,GAO SQ,ZHANG Z K.Probability distribution of ultimate bearing capacity of beam-slab high-piled wharf［J］. Journal of Waterway and Harbor,2012（6）：515-522.

［6］港口工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)編制組.港口工程結(jié)構(gòu)可靠度［M］.北京：人民交通出版社,1992.

［7］GB50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［8］程進(jìn),江見鯨,肖汝誠(chéng),等.大跨度鋼拱橋結(jié)構(gòu)極限承載力分析［J］.工程力學(xué),2003,20（2）:7-10. CHENG J,JIANG J J,XIAO R C,et al.ULTIMATE LOAD-CARRYING CAPACITY OF LONG-SPAN STEEL ARCH BRIDGES［J］.ENGINEERING MECHANICS,2003，20（2）:7-10.

［9］劉占省.空間結(jié)構(gòu)體系可靠度分析及關(guān)鍵構(gòu)件的判定與應(yīng)用［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué),2007.

［10］王能貝.某高樁碼頭損傷原因及承載能力研究［D］.長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙理工大學(xué),2010.

［11］盧秀榮.天津港高樁碼頭損壞原因分析及修復(fù)方法［J］.水道港口，1999（3）:39-42. LU X R.On causes of failure of open type pier on piles of Tianjin port and its repairing method［J］.Journal of waterway and harbor,1999（3）：39-42.

［12］肖明耀.誤差理論與應(yīng)用［M］.北京：計(jì)量出版社,1985：170-171.

［13］張思俊,吳世偉,甘峰,等.結(jié)構(gòu)可靠度分析中隨機(jī)變量分布函數(shù)的擬合檢驗(yàn)［C］//吳世偉.結(jié)構(gòu)安全度與可靠度分析論文集.南京:河海大學(xué)出版社,1988.

［14］P A W Lewis.Distribution of the Anderson-Darling Statistic［J］.The Annals of Mathematical Statistics,1961,32（4）:1 118-1 124.

［15］梁馮珍,宋占杰,張玉環(huán).應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)［M］.天津：天津大學(xué)出版社,2004.

［16］GB50158-2010，港口工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)［S］.

Integral safety degree analysis of high-piled wharf structure under heaped load

WANG Yuan-zhan,LIDa
(National Key Laboratory of Water Conservancy Engineering Simulation and Security,Tianjin Key Laboratory of Port and Ocean Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China)

Using the large universal finite element software ANSYS as a platform,a nonlinear finite element model of high-piled wharf was established to analyze its ultimate bearing capacity in this paper.The probability distribution of ultimate bearing capacity of high-piled wharf under heaped load and its statistical parameter were obtained by combination of the Monte Carlo method and the finite element numerical model.A effective method was also established to analyze the integral safety degree of high-piled wharf,which could calculate the safety index of structure by using JC-method.This method proposed a function reflected the integral safety degree of high-piled wharf by taking the ultimate bearing capacity of the structure(structural resistance)and the load(load action effect)as random variables.The probability distribution of ultimate bearing capacity of high-piled wharf was analyzed under heaped load.The impact of probability distribution and statistical parameters of ultimate bearing capacity of the damage,the changes of the structure′s sizes and type were considered.The results show that the probability distribution of the ultimate bearing capacity of high-piled wharf under heaped load are normal distribution and its statistical parameter is not affected by the damage,the size,or the type change of the structure.The calculation shows that it is simple and feasible to analyze the integral safety of high-piled wharf by using this method.

high-piled wharf;heaped load;integral safety degree;ultimate bearing capacity;probability statistics

U 656.1+13

A

1005-8443（2013）05-0430-07

海南將打造東南亞航運(yùn)樞紐

2013-04-10；

2013-05-10

國(guó)家自然科學(xué)基金（51279128）

王元戰(zhàn)（1958-），男，天津市人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事港口海岸及近海工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和方法、巖土力學(xué)及土與結(jié)構(gòu)相互作用、結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析理論和方法等方面的研究工作。

Biography：WANG Yuan-zhan（1958-），male，professor.

本刊從海南省交通運(yùn)輸廳獲悉，到2020年，海南將建成港口設(shè)施完善、航運(yùn)資源集聚、航運(yùn)服務(wù)主要功能完備、航運(yùn)秩序規(guī)范的，以?？诟?、洋浦港為雙核的，背靠華南腹地，面向東南亞，具有資源配置能力的區(qū)域性航運(yùn)樞紐。據(jù)介紹，國(guó)際旅游島建設(shè)上升為國(guó)家戰(zhàn)略以來(lái)，海南交通物流業(yè)有了初步發(fā)展。目前，全省擁有萬(wàn)噸級(jí)以上深水泊位34個(gè)，即將建成的深水泊位9個(gè)，港口吞吐能力明顯增強(qiáng)。（殷缶，梅深）