海潮影响区钢筋混凝土桥梁的耐久性研究

摘要

本文结合研究项目“海潮影响区公路桥梁结构防腐技术与耐久性评估方法的研究”，主要完成了以下研究工作： 1.进行了持续弯曲荷载作用下混凝土在氯化钠溶液中的长期潮汐循环试验，研究了混凝土在持续弯曲荷载作用下所处的应力状态对氯离子在混凝土中渗透扩散性能的影响。应力状态对氯离子在混凝土中的渗透扩散有一定的影响。拉应力加快了氯离子在混凝土中的扩散速度，增加了混凝土中的氯离子含量；而压应力降低了氯离子在混凝土中的扩散速度，减少了混凝土中的氯离子含量。基于Fick第二定律计算了弯曲荷载作用下的氯离子扩散系数和随时间变化的扩散系数。 2.分析讨论了钢筋脱钝的氯离子临界浓度，基于既有钢筋混凝土桥梁结构的实测数据，以Fick第二扩散定律导出的氯离子扩散数学模型为基础，对氯离子浓度和氯离子扩散系数进行优化计算确定，建立了氯离子浓度预测的概率模型。另外，将氯离子临界浓度值视为因暴露区域而变的定值，混凝土保护层厚度和计算模式不确定性系数视为随机变量，以同一座桥梁一定区域内的混凝土表面氯离子浓度和氯离子扩散系数为一个确定的值，建立了氯离子环境下钢筋脱钝的时变概率模型。而且以一座实际的桥梁为例，计算了不同剩余使用年限时钢筋脱钝概率的预测值。 3.分析讨论了混凝土碳化机理及其影响因素，并探讨了混凝土碳化深度的预测数学模型，基于既有钢筋混凝土桥梁的实测数据，对碳化系数和混凝土强度进行回归分析，建立了根据混凝土强度预测碳化深度的数学模型。将混凝土强度，保护层厚度，计算模式不确定性系数作为随机变量，以混凝土的碳化深度作为一个随时间变化的随机过程，建立了混凝土碳化到钢筋表面的时变概率随机模型，并以一座实际桥梁为例，给出了在不同使用年限时混凝土碳化到钢筋表面的预测值。 4.根据钢筋混凝土桥梁桥梁结构的特点和耐久性综合评估的要求，将桥梁结构系统划分为整体结构、子结构及构件三个层次，并对其影响因素进行分析研究，建立了桥梁结构耐久性的逐级递阶、相互关联的有序多层次的模糊综合评估模型。其中各层次各因素指标相对权重的确定是采用不确定型层次分析法构造区间数判断矩阵，利用判断矩阵的一致性逼近和误差理论求解其权重区间，再利用群判断理论和集值统计原理综合求出评价指标的权重，然后采用多级模糊评估法对桥梁结构的耐久性进行了综合评估，并用非对称贴近度法对桥梁的耐久性等级进行了划分。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1研究的背景和意义

1.2氯离子环境下混凝土结构耐久性的研究

1.2.1氯离子引起钢筋腐蚀的机理

1.2.2氯离子在混凝土中渗透扩散的研究

1.3钢筋混凝土桥梁结构耐久性评估方法的研究

1.3.1规范或标准所用的评估方法

1.3.2其它常用的综合评估方法

1.4本文的研究工作

2模拟潮汐条件下弯曲荷载作用对氯离子扩散规律影响的试验室研究

2.1引言

2.2试验概况

2.2.1试件设计

2.2.2试验材料

2.2.3试件加载装置

2.2.4试件制作及试验过程

2.3混凝土中的氯离子含量结果与分析

2.3.1水灰比的影响

2.3.2弯曲荷载的影响

2.4氯离子扩散系数

2.4.1氯离子扩散系数的计算

2.4.2考虑时间的氯离子扩散系数

2.5荷载作用对氯离子扩散系数影响机理分析

2.6小结

3桥梁砼氯离子浓度实测与概率分析

3.1引言

3.2钢筋脱钝的临界氯离子浓度

3.2.1氯离子临界浓度值的表达形式

3.2.2确定氯离子临界值的实验方法

3.2.3钢筋锈蚀危险性与氯离子含量

3.3现场氯离子浓度实测

3.4氯离子扩散系数的计算

3.5氯离子导致钢筋脱钝的概率

3.5.1功能函数的建立

3.5.2钢筋脱钝概率

3.6工程计算实例

3.7小结

4桥梁砼碳化深度实测与概率分析

4.1引言

4.2混凝土碳化的机理

4.3影响混凝土碳化的因素

4.3.1混凝土材料本身的因素

4.3.2环境条件因素

4.4现场碳化深度实测

4.5碳化深度的预测模型

4.6碳化到钢筋表面的概率

4.6.1功能函数的建立

4.6.2碳化到钢筋表面概率

4.7工程计算实例

4.8小结

5既有钢筋混凝土桥梁的耐久性评估

5.1引言

5.2模糊综合评估模型

5.2.1确定桥梁评估各个层次的因素集U，Ui，Uij

5.2.2确定桥梁耐久性等级的评判集V

5.3单因素模糊集隶属函数的确定及其评判

5.3.1钢筋锈蚀的隶属函数

5.3.2氯离子侵蚀的隶属函数

5.3.3混凝土碳化的隶属函数

5.3.4混凝土强度的隶属函数

5.3.5混凝土保护层厚度的隶属函数

5.3.6混凝土裂缝的隶属函数

5.3.7碱—骨料反应的隶属函数

5.3.8地基冲刷的隶属函数

5.4因素权重向量的确定

5.4.1不确定型判断矩阵及其权重计算

5.4.2群判断在权重计算中的应用

5.4.3集值统计在权重计算中的应用

5.4.4综合权重

5.5既有钢筋混凝土桥梁耐久性的多级模糊综合评估

5.5.1一级模糊评估

5.5.2二级模糊评估

5.5.3三级模糊评估

5.6贴近度法划分桥梁的耐久性等级

5.7工程算例

5.7.1检测结果及统计分析

5.7.2权重计算

5.7.3耐久性评估

5.8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