一种基于时变可靠度分析的高桩码头清淤决策优化方法

本发明涉及码头清淤决策领域，尤其涉及一种基于时变可靠度分析的高桩码头清淤决策优化方法。

背景技术：

1、考虑到人工清淤的情况，码头泥沙的淤积厚度并不是单纯的随着时间推移而单调增加。淤积强度作为码头泥沙淤积速率的评判指标，指的是码头泥沙在一年内的淤积厚度。传统的时间离散法计算时变可靠度方法在算法上会先将桩基服役期等分为多个时间段，分别计算每个时间段内结构的可靠度值再相连形成时变可靠度曲线。但在实际情况下码头是否应该清淤应该由桩基的具体指标决定而不是简单的通过时间段等分来实现，因此通过时间段划分进行清淤决策时准确度低且带来安全隐患。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于时变可靠度分析的高桩码头清淤决策优化方法，以克服上述技术问题。

2、一种基于时变可靠度分析的高桩码头清淤决策优化方法，包括

3、步骤1、获取高桩码头的工作年限，将工作年限平均划分为多个时段，

4、步骤2、计算高桩码头在初始时段的桩基抗力，构建桩基抗力衰减模型，所述桩基抗力衰减模型包括混凝土强度折减模型和钢筋屈服强度折减模型，所述混凝土强度折减模型用于计算混凝土强度在t时段的抗力，所述钢筋屈服强度折减模型用于根据t时段钢筋的抗力衰减计算桩基的抗力，其中t时段为钢筋开始锈蚀时间，基于桩基抗力衰减模型建立桩基结构抗力的时变表达式，根据桩基结构抗力的时变表达式计算各个时段桩基结构抗力的标准差和均值，

5、步骤3、基于plaxis建立高桩码头模型，对高桩码头所在航道、港池的淤积情况进行量化并划分为多层淤积，基于monte carlo方法随机生成符合正态分布的土体参数集，对于每一层淤积，将土体参数集输入至高桩码头模型中进行计算，并获取与当前淤积层对应的桩基响应，所述桩基响应为外荷载对桩基的作用效果，构建每一层淤积、土体参数与桩基响应之间的函数关系并进行拟合，根据拟合后的函数关系获取各个时段外荷载作用力，

6、步骤4、根据桩基结构抗力、外荷载作用力构建桩基可靠度功能函数，根据桩基可靠度功能函数计算各个时段的桩基可靠度，判断桩基可靠度是否满足安全等级要求，若满足，则不进行清淤，反之，进行清淤。

7、优选地，所述根据桩基可靠度功能函数计算各个时段的桩基可靠度为根据公式(1)计算桩基可靠度，

8、

9、其中，r(t)表示t时段的桩基结构抗力，s(t)表示t时段的外荷载作用力，μr(t)表示t时段桩基结构抗力的均值，μs(t)表示t时段外荷载作用力的均值，σr(t)表示t时段桩基结构抗力的标准差，σs(t)表示t时段外荷载作用力的标准差，r表示桩基可靠度。

10、优选地，所述混凝土强度折减模型由公式(2)、(3)表示，

11、

12、

13、其中，fc为混凝土轴心抗压强度，和分别表示混凝土轴心抗压强度在t时刻的均值和标准差，下标加0代表该物理量初始时刻的状态。

14、优选地，所述钢筋屈服强度折减模型由公式(4)、(5)表示，

15、

16、

17、η为钢筋截面面积损失率，fs为钢筋屈服强度，μ与σ分别为对应物理量的均值和标准差。

18、优选地，所述钢筋开始锈蚀时间由公式(6)确定，

19、

20、表示混凝土碳化达到钢筋表面时间，表示混凝土内钢筋表面氯离子质量分数达到临界值所需要的时间。

21、优选地，所述判断桩基可靠度是否满足安全等级要求为根据公式(7)判断是否满足安全等级要求，

22、

23、其中，n表示需要清淤的年份，a表示桩基总服役期，h表示淤积前桩基泥面处距码头甲板垂直高度；bm＝an-m,(m＝1,2,...,t-1)；τ表示时间离散法选取的时间间隔；an、bm、cx表示预计清淤的年份；rsf表示目标安全等级对应的桩基可靠度，设计年限为t年；表示预计清淤年份对应的桩基可靠度，n＝{ani,bmj,cxk},(i,j,k＝1,2,3,...,n)。

24、本发明提供一种基于时变可靠度分析的高桩码头清淤决策优化方法，构建了混凝土强度折减模型、钢筋屈服强度折减模型和高桩码头模型，并利用已知的码头桩基数据和周围土体参数进行模拟计算，在工程既定的安全等级下，更准确地通过决策优化的算法把握码头清淤时间并进一步掌握桩基在服役期内的安全状况。

技术特征：

1.一种基于时变可靠度分析的高桩码头清淤决策优化方法，其特征在于，包括

2.根据权利要求1所述一种基于时变可靠度分析的高桩码头清淤决策优化方法，其特征在于，所述根据桩基可靠度功能函数计算各个时段的桩基可靠度为根据公式(1)计算桩基可靠度，

3.根据权利要求1所述一种基于时变可靠度分析的高桩码头清淤决策优化方法，其特征在于，所述混凝土强度折减模型由公式(2)、(3)表示，

4.根据权利要求1所述一种基于时变可靠度分析的高桩码头清淤决策优化方法，其特征在于，所述钢筋屈服强度折减模型由公式(4)、(5)表示，

5.根据权利要求4所述一种基于时变可靠度分析的高桩码头清淤决策优化方法，其特征在于，所述钢筋开始锈蚀时间由公式(6)确定，

6.根据权利要求1所述一种基于时变可靠度分析的高桩码头清淤决策优化方法，其特征在于，所述判断桩基可靠度是否满足安全等级要求为根据公式(7)判断是否满足安全等级要求，

技术总结
本发明公开了一种基于时变可靠度分析的高桩码头清淤决策优化方法，包括将高桩码头的工作年限平均划分为多个时段，计算高桩码头在初始时段的桩基抗力，基于桩基抗力衰减模型建立桩基结构抗力的时变表达式并计算各个时段桩基结构抗力的标准差和均值，建立高桩码头模型，将随机生成的土体参数集输入至高桩码头模型中进行计算，并获取与当前淤积层对应的桩基响应，构建每一层淤积、土体参数与桩基响应之间的函数关系并进行拟合，根据拟合后的函数关系获取各个时段外荷载作用力，计算各个时段的桩基可靠度并判断是否满足安全等级要求，若满足，则不进行清淤，反之，进行清淤。通过决策优化的算法更准确地把握码头清淤时间。

技术研发人员：崔春义,熊琦,韩清宇,季则舟,尤再进,刘海龙,赵九野
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21