The Research on Safety Evaluation of High-pile Wharf Structure

Due to a combination of the sea erosion,the ship collision,the change of ground condition,the effect of alternative static and dynamic load and the material deterioration,the structure of high-pile wharf is easily damaged.Once the structure of high-pile wharf destroyed,it is bound to be a great threat to the safety of various facilities and personnel in the port.Given all of that,the multi-level comprehensive evaluation method based on the extension theory is proposed in this paper.Using this method to assess the safety of high-pile wharf structure,the reasonable advice on its maintenance and reinforcement can be given in time.What’s more,the method is simple and can give more objective result of the evaluation.

考虑参数空间变异性的高桩码头-岸坡体系可靠性分析

为进一步发展高桩码头-岸坡体系结构可靠性分析方法,基于KL-Copula互相关随机场模拟方法,综合考虑了岸坡土体参数空间变异性与其相关结构及大小的影响,提出一种岸坡-高桩码头体系互相关随机场模拟与可靠性求解数值实施流程,并基于PLAXIS计算程序平台,编写了高桩码头-岸坡体系互相关随机场模拟与可靠性分析外挂求解程序KLCPRP。在此基础上,进一步结合非侵入式随机分析方法进行相关算例分析,探讨不同岸坡强度参数Copula函数结构对互相关随机场模拟和高桩码头结构可靠性求解的影响规律。计算分析结果表明:不同Copula函数结构所对应模拟样本的线性相关系数、秩相关系数均存在一定差异性;对于有限实验数据情况,Gaussian Copula函数结构会导致随机场计算结果偏于保守;所提出的KL-Copula模拟随机场数值实施流程及对应外挂求解程序KLCPRP具有良好的精度和有效性,可为高桩码头-岸坡相互作用体系的相关工程设计及安全评价提供理论参考。

长期服役高桩码头岸坡-结构体系侧向变形实测与数值模拟

长期服役高桩码头的侧向变形会导致桩顶变位,进而影响桩帽与横梁之间的连接,使得码头的工程安全处于危险状态。依托天津港某长期服役码头,开展结构位移和地基深层土体水平位移长期监测,在监测结果的基础上开展数值模拟分析,研究长期服役高桩码头岸坡-结构体系在蠕变影响下土体水平位移、沉降以及桩身水平位移、沉降等相应规律,并且研究岸坡后方不同填土厚度对岸坡-结构体系侧向变形的影响。结果表明,土体蠕变是长期服役高桩码头岸坡-结构体系侧向变形的一个重要影响因素,土体的蠕变变形主要集中于后方堆场沉降和坡面表层淤泥质黏土的竖向位移。岸坡土体的蠕变速率随时间增大而减小。桩身的竖向位移从桩顶到桩底不断减小;码头结构的受力最不利位置处于桩顶附近,各排架桩基在水平位移方面差异明显,越靠内侧越大。随着填土厚度不断增大,岸坡-结构体系侧向变形不断增大。

基于EMD-VMD-LSTM预测算法的高桩码头结构安全预警方法

基于高桩码头健康监测数据,针对存在复杂环境因素影响监测精度问题,提出EMD-VMD-LSTM组合算法处理并预测高桩码头结构中的监测信息,通过对比分析验证在高桩码头结构现场监测大数据的预测预警分析中采用EMD-VMD-LSTM组合算法的可行性。同时,基于EMD-VMD-LSTM方法和固定预警阈值,提出动态预警阈值的确定方法,设计动静态预警结合的高桩码头结构预警方法,构建多指标、多层次的高桩码头结构安全预警体系以及相应的预警流程。研究成果可以提升高桩码头结构安全预警的准确性和效率,也可为类似工程结构的安全预警管理提供一定的参考。

PHC-钢管组合桩在潍坊地区沿海港口建设中的应用

在中小型高桩码头设计中,PHC预制管桩具有良好的抗腐蚀性和较高的承载力,应用较为广泛,但其穿透能力和耐打击能力较弱。如山东潍坊沿海地区地层中普遍存在一层埋深浅、厚度大、标贯高的粉砂层,该土层使沉桩施工较为困难,因此提出PHC-钢管组合桩方案。结合某河口区5000吨级多用途码头的桩基变更设计,从桩基设计、有限元分析、静载荷试验、高应变检测方面综合论证方案的合理性,并进一步提出桩基桩端承载力折减系数,为该地区同类项目桩基垂直承载力计算提供了一定的依据。

淤积条件下码头桩基-岸坡体系受力变形分析

沿海港口码头常受淤积影响,导致岸坡土体发生位移,进而威胁码头结构安全。结合具体工程建立了码头桩基-淤积岸坡相互作用有限元模型,以内力组合值判定桩基塑性变形状态,与码头桩基开裂轴线实际位置基本相符,验证了建模合理性。在此基础上,建立了桩-土相互作用简化模型,研究了淤积过程中桩基内力变化及桩-土体系位移演化趋势,分析了工程地质和码头结构方面因素对桩-土体系受力变形特征的影响规律。结果表明,岸坡淤积条件下,码头下方坡体水平位移及后方坡体竖向沉降较为明显;随着淤积土层厚度持续增加,岸坡稳定系数逐渐降低,而水平位移与竖向沉降逐渐增大,且变形量与淤积厚度呈线性关系。淤积过程中,各轴桩基水平位移沿纵向呈现相同变化趋势,而桩身弯矩分布则表现为3种不同模式;土体压缩模量对桩体位移和岸坡变形的影响最为显著,不同位置下影响桩顶弯矩变化的主导因素各异(或为压缩模量或为桩径),而淤积速度对桩-土体系受力变形状态的影响最小。本研究有助于完善岸坡淤积条件下桩-土相互作用理论体系,为工程实践中淤积码头的结构设计和日常维护提供理论支持。

南京某高桩码头靠泊能力仿真分析与在线监测预警

高桩码头服役环境复杂,码头结构在数十年的运行期内会发生不同程度的损伤,影响码头的安全运营。在码头运行过程中,船舶荷载是高桩码头结构的主要荷载,对码头结构的安全性、耐久性影响较大。本文对南京港某码头靠泊能力进行了有限元仿真分析,提出船舶靠泊过程中的三级安全预警阈值;结合长期在线监测,为码头结构安全服役提供技术支撑。研究结果表明:在船舶撞击1#排架的情况下,船舶撞击力达到238 kN时,码头结构响应达到三级预警指标,码头位移为3.8 mm,桩基顶部应变为69×10-6;船舶撞击力达到323 kN时,码头结构响应达到二级预警指标,码头位移为5.1 mm,桩基顶部应变为100×10-6;船舶撞击力达到471 kN,码头结构响应达到一级预警指标码头位移为7.5 mm,桩基顶部应变为156×10-6。在线监测预警结果表明,码头结构具备5 000吨级船舶靠泊能力,在规范靠泊的前提下,能够满足8 000吨级船舶靠泊的结构安全要求。

高桩码头结构安全监测预警模型及工程应用

高桩码头结构在服役期内会出现不同程度的损伤,导致码头结构安全性降低。为保证码头长期安全运行,可通过实时监测确定码头运行状态并及时预警。提出一种高桩码头结构安全监测预警模型,采用不同结构状态的设计控制值作为不同级别的预警阈值,每级预警阈值对应不同的风险程度,针对不同级别的预警提出相应处置措施。将该预警模型应用于南京港某高桩码头的安全监测,对可变荷载作用下码头结构位移和桩基应变进行实时监测,并计算设置码头结构位移和桩基应变三级安全预警阈值。结果表明,码头安全预警阈值的设置及安全告警的应对措施科学有效,实现了码头结构全工况整体技术状态评估和安全预警。

基于无基准动态位移监测的江苏某高桩码头变位特征与安全预警

高桩码头服役环境复杂,船舶与门机等可变荷载作用下结构变位安全问题突出。然而,高桩码头通常不具备参照基准,且在离岸严苛条件下服役是常态,动态位移监测成为挑战。采用码头无基准动态位移监测技术,对江苏某高桩码头进行实时位移监测。详细分析门机作业和船舶撞击条件下码头位移响应规律,基于码头适用性、安全性提出该码头的两级预警指标。结合数值仿真计算,提出该码头不同吨级船舶靠泊建议。研究表明:门机的作业位置是影响码头位移响应大小的直接因素。码头第一结构段在船舶撞击作用下,因引桥等边界条件的影响,导致A_(2)监测点的位移响应在X、Y方向上均较大。一级预警指标由码头主要荷载作用组合的最大值推算,位移响应值为15.39 mm。二级预警指标由混凝土抗拉极限应力值为评判标准,位移响应值为19.14 mm。相应地,1万吨级船舶靠泊时法向速度不应超过0.19 m/s, 5 000吨级船舶靠泊时法向速度不应超过0.22 m/s。

基于响应复合能量因子的波浪激励下高桩码头桩基损伤识别

波浪是高桩码头桩基长期、重要外部激励,探索波浪激励下桩基损伤识别对构建码头健康监测体系具有重要意义。由于波浪激励下桩基动力响应呈现多类型信号混叠、窄带、非平稳的特性,使得现有损伤识别方法难以实现准确判定。为解决上述问题,首先构建基于自适应噪声的完备集成经验模态分解与K-means++的信号自动重构方法,以提取损伤特征子信号;然后,通过融合能量、相位等信息,构建新型复合能量损伤识别指标,以提高微小波浪激励下损伤识别的敏感性和鲁棒性。进一步,在高桩码头桩基多种损伤工况下开展波浪激励试验,验证新方法在损伤识别方面的有效性。结果表明,新构建的复合能量因子兼顾能量、相位的优点,能准确识别出损伤存在、损伤位置和损伤程度。

淤积与船舶撞击对高桩码头桩基受力的影响分析

中国部分高桩码头下方存在较大的泥沙淤积,且初始设计时并未考虑淤积的影响,较大淤积时淤积土体及船舶撞击会对码头桩基受力产生耦合影响。建立了船舶撞击-上部结构-桩基-土体相互作用的三维有限元数值模型,模拟分析回淤土体和船舶撞击作用对高桩码头桩基受力的影响。结果表明,土体淤积严重位置处的桩顶局部最大主应力、剪力、弯矩相较回淤前均增幅较大,淤积土体对桩基受力的影响十分显著。当法向船舶撞击速度为0.1和0.2 m/s时,船舶撞击力对桩基的影响小于回淤土体的影响。码头不同排架之间的桩基受力存在一定差异。码头后方桩基顶部最为危险,桩基顶部弯矩接近混凝土开裂弯矩,导致桩基容易出现开裂损伤。

考虑清淤策略的桩基时变可靠度分析

为发展淤积岸坡-高桩码头相互作用体系结构可靠性分析方法,基于Fick第二定律推导了能考虑氯离子侵蚀效应的二维扩散模型,并采用时间离散法提出了一种综合考虑结构抗力衰减、淤积作用量化和预测,以及桩基受力变形分析的高桩码头桩基时变可靠度数值计算方法。并结合以目标可靠度为导向的清淤策略,编写了淤积岸坡-高桩码头体系时变可靠度外挂求解程序DPRP。在此基础上,开展了多工况计算分析,探讨了高桩码头桩基时变可靠度的演化规律。计算分析结果表明:码头近海侧桩基可靠度更易低于目标可靠度,在实际工程中需重点养护与修复;泥沙淤积作用会降低多数桩基时变可靠度,而对于近海侧及近岸侧且向岸倾斜的斜桩,其时变可靠度则会因泥沙淤积作用而增大。该高桩码头桩基时变可靠度数值求解流程框架及对应外挂子程序DPRP,可为高桩码头-岸坡相互作用体系的相关工程设计与可靠性评价提供参考。

基于5D-BIM的高桩码头工程施工进度-成本实时控制

针对目前基于二维施工图的高桩码头施工现场控制存在工程量计算耗时长、数据处理实时性差等问题,进行了基于5D-BIM(5 Dimensions-Building Information Modeling)的高桩码头工程施工过程控制研究,通过5D-BIM系统高效搜集整理大量数据的能力、强大的交互功能,实现了快速、准确的工程成本测算以及直观的实时进度四维动态显示,为动态、实时、高效地控制高桩码头施工进度-成本提供了有效的手段。

高桩码头桩基负摩擦力现场试验研究--上海洋山深水港工程现场试验

高桩码头接岸结构中的桩基础,在抛石的作用下将产生负摩擦力。通过支撑桩及自由桩上负摩擦力的现场试验研究,获得抛石过程中基桩内力随深度变化的基本规律。抛石过程中基桩上的负摩擦力主要产生在抛石段。同时,抛石作为附加荷载,将引起下方软弱土层的固结沉降,桩土之间产生相对位移,从而在抛石段下方一定范围内也产生负摩擦力作用。承台荷载对负摩擦力的大小和分布有着重要的影响。提出的负摩擦力分布规律和采用有效应力法计算层状土负摩擦力的公式,可为桩基础的设计,尤其对水下单面抛石施工的设计及采取消减负摩擦力的措施提供依据。

船舶撞击作用下考虑桩-土相互作用的高桩码头结构动力响应分析

船舶撞击荷载作用下高桩码头结构的动力放大效应不可忽略。采用数学理论推导与动力时程仿真计算相结合的方式,对靠泊船舶撞击作用下高桩码头结构的动力响应及动力放大效应进行了研究,获得了多自由度结构在单点撞击荷载作用下的动力响应公式及相应的动力放大系数公式,推荐了数值计算时船舶撞击荷载的时程曲线类型及持时,获取了船舶靠泊撞击荷载下考虑桩-土相互作用的高桩码头结构动力放大效应规律,明确了桩-土相互作用对放大效应的影响。计算与分析结果表明:船舶靠泊撞击荷载的时程曲线可近似为持时1.0 s的半正弦曲线;在靠泊船舶撞击荷载作用下考虑桩-土相互作用的软基上的高桩码头结构对撞击荷载的动力放大系数在2.0左右;不考虑桩-土相互作用的计算结果偏于不安全,建议在进行软土地基上高桩码头结构的动力响应计算时应避免采用假想嵌固点法;以上结论可为码头结构设计时船舶撞击荷载的合理取值与模型有限元计算提供理论依据。

装配式海岸工程混凝土结构研究与应用进展

码头和防波堤建筑物是典型的海岸工程混凝土结构。这类结构的下部结构构件多为预制,而上部结构构件多为现浇。针对3类典型装配式海岸工程混凝土结构(高桩码头、板桩码头、桩基透空式防波堤),系统介绍了其结构特点、典型节点与连接构造,总结分析了国内外有关这3类典型结构的力学性能、技术标准与工程应用的最新进展。最后,对今后装配式海岸工程混凝土结构的应用与研究前景进行了展望。

基于ANSYS/LS-DYNA船舶与高桩码头碰撞模拟

基于ANSYS/LS-DYNA应用软件,采用显式时间积分瞬态非线性有限元技术,对5 000 t级件杂货船分别在2 m/s和5 m/s 2种撞击速度的情况下,与3万t泊位高桩码头的碰撞过程进行数值模拟。获得了高桩码头上部结构的位移,以及接触区域应力应变的变化,分析了桩基在不同速度下的破坏情况和承载能力,得出了一般的规律和特点。

岸坡淤积对高桩码头结构受力的影响及清淤防治措施

利用有限元方法分析了岸坡淤积对高桩码头结构受力的影响,提出了码头下方局部清淤联合码头后方开挖以减小淤积影响的防治措施。通过构建高桩码头排架结构的实体单元模型,探讨了岸坡淤积和使用荷载的耦合作用对码头结构内力及水平位移的影响;通过比较岸坡淤积过程中的桩基受力及变形,揭示了桩基损伤机理,即岸坡淤积使桩土相互作用面积增大,桩基受到的附加淤积土压力作用增大,导致受横梁约束桩基的桩顶弯矩增大。岸坡淤积对码头结构存在显著影响,随着淤积高度的增加,桩基的内力及水平位移、横梁的水平位移显著增大;码头岸坡淤积、码头后方超淤及船舶撞击力的联合作用,对淤积岸坡的坡顶处和后侧的向岸斜桩的内力影响最大,桩基最易受损;对码头下方的淤积坡肩进行局部清淤,联合在码头后方挖槽的清淤措施,可有效降低危险桩基的桩顶弯矩,减小淤积对码头结构的影响。

高桩码头系缆墩和钢联桥一体化结构创新设计

针对由装卸平台、系缆墩、钢联桥组成的一字形布置高桩墩式码头,常规的设计思路考虑三者独立受力,弱化各结构之间的传力效应。从三者协同受力的角度出发,提出一种适应于特定布置形式的系缆墩和钢联桥一体化结构设计方案,结合工程案例介绍该结构的形式和受力分析方法,并从受力和造价方面与传统的高桩墩台方案进行比较。结果表明:在满足使用功能的前提下,一体化方案有利于发挥结构的整体受力优势,减少系缆墩和钢联桥的工程量,降低工程造价。

基于极限学习机的高桩码头结构监测传感器优化布置研究

高桩码头结构的全寿命周期监测是一个庞大的系统工程,监测点的优化布置尤为关键。结合有限元计算建立了ELM神经网络模型,同时采用K⁃flod法确定ELM模型超参数,借助Filter框架下的SBS策略评价监测点在码头状态判断中的重要性,使用Wrapper法中的全局最优搜索策略给出选定监测点下的优化布置方案。结果表明,码头状态预测测点重要性评价与全局优化结果具有相似性,该方法可对高桩码头结构的监测点进行优化布置。