基于碳化作用的地下工程结构的耐久性与可靠度

摘要

随着工程结构耐久性问题的日益严重，耐久性的研究工作也越来越为人们所重视，同时在该领域也已取得了较丰硕的研究成果。但目前研究工作仍存在很多的不足之处，尚难以有效地解决各种耐久性问题和满足工程建设的需要，尤其是在地下结构耐久性研究领域极少有人涉足，近二、三十年来大型地下工程建设的大量涌现使这一问题愈发突出和重要，然而由于经验上的不足及相关基础理论研究的欠缺，因而使得目前对该类课题加紧立项、开展深入而系统的研究，为延长拟建和现有地下工程结构物的使用寿命提供理论与方法不仅十分迫切与必要，而且意义重大。 论文围绕地下结构在外荷载作用下的碳化腐蚀和损伤劣化，通过室内快速碳化试验，运用损伤断裂理论、BP人工神经网络方法及可靠度原理，结合有限元数值分析，对地下结构多因素影响下的耐久性劣化规律与寿命评判和预测方法进行了系统的研究分析。 论文对地下结构耐久性研究的现状、特点、不足及影响地下结构耐久性的主要因素进行深入总结和分析；提出了广义耐久性和结构劣化度的研究理念；综合考虑应力水平、材料性能(水灰比)及作用龄期等因素对混凝土结构碳化腐蚀的影响进行试验研究，建立了基于工程实际的多因素交互影响的碳化模型经验公式；论文依据两个寿命评判准则分别建立了基于Matlab工具平台的混凝土碳化人工神经网络智能预测模型和基于钢筋锈胀模式假设及混凝土损伤理论的结构裂损破坏寿命评定体系，建立的模型体系经验证较好地反映了地下结构碳化锈损的渐进性规律，具有良好的应用前景；论文从失效概率与可靠度角度研究了地下结构的耐久性评价与计算方法理论，分别建立了基于碳化深度和锈胀开裂准则的结构耐久性失效概率与可靠指标计算模式，所得成果在工程实例中得到应用说明。

目录

文摘

英文文摘

学位论文版权使用授权书及同济大学学位论文原创性声明

第1章绪论

1.1研究背景与目的意义

1.2研究现状与发展方向

1.2.1地面结构耐久性的研究

1.2.2地下结构耐久性的研究

1.2.3地面结构与地下结构耐久性研究的关系与异同

1.2.4力学因素与耐久性关系的研究

1.2.5各种研究方法与手段的应用

1.2.6地下结构耐久性研究的不足与重点研究的方向

1.3本文主要研究内容及创新点

第2章地下结构耐久性的影响因素与作用机理

2.1地下结构耐久性的影响因素

2.1.1环境化学作用引起的腐蚀破坏

2.1.2杂散电流引起的电化学腐蚀破坏

2.1.3荷载及受力状态变化的影响

2.1.4差异沉降引起的结构破坏

2.1.5冻害及温差变化的影响

2.2广义耐久性及劣化度函数

2.3混凝土碳化与钢筋锈蚀机理

2.4耐久性与混凝土的微结构及渗透性的关系

第3章多因素综合作用下混凝土材料耐久性的碳化试验

3.1概述

3.2试验方案

3.3试验结果

3.4试验结果的分析

3.4.1碳化速度随时间的变化规律

3.4.2不同应力水平对碳化作用的影响

3.4.3不同水灰比对碳化作用的影响

3.4.4综合因素作用下对地下结构耐久性的影响

3.4.5碳化作用时混凝土强度随时间变化的规律

3.5 工程实例对比验证

第4章地下结构耐久性寿命评判与预测

4.1概述

4.1.1地下结构耐久性寿命的评判准则

4.1.2地下结构耐久性寿命预测的种类方法

4.2基于碳化侵蚀深度的寿命预测

4.2.1基于试验结果的结构寿命预测

4.2.2基于神经网络方法的结构寿命预测

4.3基于钢筋锈胀开裂的寿命预测

4.3.1钢筋锈蚀扩展轨迹模型

4.3.2钢筋混凝土损伤、断裂理论

4.3.3钢筋混凝土锈胀的数值计算（数值模拟试验）

第五章地下结构耐久性极限状态与可靠度理论

5.1耐久性的极限状态

5.2结构可靠性分析与计算

5.2.1可靠度理论静态模型

5.2.2时变可靠度理论

5.2.3一次二阶矩法计算可靠指标

5.2.4极限状态法计算可靠指标

5.3结构体系的可靠度

5.3.1结构体系主要失效模式的识别

5.3.2结构体系失效概率的计算方法

5.4基于碳化寿命的可靠性分析

5.5基于锈胀开裂的可靠性分析

6.结论与展望

6.1主要结论

6.2进一步工作的方向

参考文献

致谢

个人简历 在读期间发表的学术论文