基于响应面法的高桩系泊承台可靠度分析

论文摘要

高桩系泊承台是一种常见的港口工程建筑物,随着港口工程建设的迅猛发展,高桩系泊承台的建设越来越多。确保高桩系泊承台在设计基准期内满足码头的各项功能要求,就必须保证其可靠度。本文利用ANSYS有限元软件强大的结构计算功能及其自带的概率设计系统（PDS）,运用响应面法并结合Matlab数值计算软件,对高桩系泊平台结构可靠度进行模拟分析。可靠度的计算方法有：以中心点法、验算点法为代表的一次二阶矩法,蒙特卡罗法和响应面法等。一次二阶矩法只能解决结构极限功能状态函数已知的问题。蒙特卡罗法虽然可以避开求解结构极限功能状态函数的问题,但是对于失效概率均在10-3以下的工程结构,其循环次数太大,计算效率太低。响应面法通过合理选择样本点,拟合一个近似替代结构真实极限状态函数的响应面方程,再结合Matlab软件的优化工具箱,通过几次迭代计算,可以得到精度满足工程要求的可靠性指标。ANSYS自带的概率设计系统中没有工程中常见的极值一型概率分布函数,为了克服这一缺陷,本文提出了应用选择采样点的当量正态化方法。经过比较论证,本文提出的新方法满足精度要求,具有可行性。利用本文总结出的计算结构可靠度的方法,对高桩系泊承台中常见的两种结构型式——高桩墩式系泊承台和高桩梁板系泊承台进行了可靠性分析,得到了它们在静力荷载下的可靠度指标、验算点坐标以及相应失效模式下的响应面方程。通过对两者的可靠度敏感性分析,得到了这两类高桩系泊承台的敏感因子,对高桩系泊承台的设计施工以及维修均具有指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文背景及意义
• 1.2 国内外可靠度研究概况
• 1.3 本文主要内容
• 2 可靠度的基本概念及本文所用软件简介
• 2.1 可靠度概念及原理简介
• 2.2 有限元法简介
• 2.3 ANSYS与Matlab软件简介
• 2.3.1 ANSYS软件及其分析流程简介
• 2.3.2 MATLAB软件简介及其在可靠度计算中的运用
• 3 可靠度的计算方法
• 3.1 中心点法
• 3.2 验算点法
• 3.3 设计变量中含有非正态分布变量时的计算方法
• 3.4 蒙特卡罗法
• 3.5 响应面法
• 3.6 ANSYS中的计算结构可靠度的方法
• 3.7 基于ANSYS的可靠度指标计算方法
• 3.8 本章小结
• 4 高桩系泊承台的可靠度分析
• 4.1 高桩墩式系泊承台的可靠度分析
• 4.1.1 土体P-Y曲线的确定
• 4.1.2 随机输入变量的确定
• 4.1.3 高桩墩式系泊承台的可靠度计算
• 4.2 高桩梁板系泊承台的可靠度分析
• 4.2.1 高桩梁板系泊承台的有限元模型建立
• 4.2.2 随机输入变量的确定
• 4.2.3 高桩梁板系泊承台的可靠度计算
• 4.3 本章小结
• 5 高桩系泊承台的体系可靠度分析
• 5.1 结构体系失效概率的基本表达式
• 5.2 结构体系可靠度的近似计算方法
• 5.2.1 区间估计法
• 5.2.2 点估计法
• 5.2.3 结构体系可靠度的其他近似算法
• 5.3 高桩系泊承台体系可靠度的近似计算
• 5.4 本章小结
• 6 高桩系泊承台可靠指标的敏感性分析
• 6.1 结构体系可靠度的计算方法
• 6.1.1 分布参数的敏感性
• 6.1.2 极限状态方程参数的敏感性
• 6.2 高桩系泊承台不同失效模式间的可靠度敏感性分析
• 6.2.1 高桩墩式系泊承台敏感性分析
• 6.2.2 高桩梁板系泊承台敏感性分析
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢