基于概率的混凝土结构耐久性设计与评定

论文摘要

钢筋混凝土结构是土木工程中应用最为广泛的一种结构形式,近年来钢筋混凝土结构的耐久性失效已逐渐成为困扰土建工程界的一个世界性问题。同世界上大部分国家一样,我国的结构设计采用了以可靠度理论为基础的概率极限状态设计法,这是目前公认的先进的设计方法。在混凝土结构的耐久性设计中,亦应采用基于可靠度理论的耐久性设计方法,它不仅具有坚实的理论基础,而且能够与目前的结构可靠度设计方法保持一致,形式上易于被设计人员接受,且能够合理考虑不同的可靠度要求。论文的研究目的是在当前结构耐久性研究的基础上,通过系统的概率分析,建立结构耐久性的概率极限状态设计方法,并将其推广应用于既有结构耐久性的评定,主要研究内容包括:1.通过对结构时域可靠性的讨论,消除了目前对结构耐久性概念的一些误解,并通过阐述结构耐久性研究的核心目的和内容,提出严格的结构耐久性的定义,指出结构耐久性是结构可靠性中涉及材料性能劣化的特殊问题。据此,论文指出应以结构可靠性的度量方法度量结构的耐久性,即以概率度量结构的耐久性,并且宜采用以分项系数表达的概率极限状态设计表达式,以实现与当前结构设计方法的统一。这一点是论文建立结构耐久性设计方法的基本思想,完全符合当前结构设计方法发展的趋势。2.目标可靠指标是建立结构耐久性概率极限状态设计方法的前提,论文首先指出,在结构耐久性的设计中,应将结构耐久性问题限定于正常使用极限状态的范围之内,并且根据钢筋混凝土结构在一般大气环境下的耐久性失效的标志性事件,提出控制结构耐久性的3种极限状态,即碳化深度极限状态、锈胀开裂极限状态、裂缝宽度极限状态,而针对不同的极限状态,应规定不同的目标可靠指标。在这一指导思想下,论文采用校准法系统地分析了现行国家标准在混凝土保护层厚度方面所隐含的可靠指标,通过综合分析,针对不同的极限状态,提出了目标可靠指标的建议值。这一研究成果不仅为论文结构耐久性设计方法的建立奠定了重要的基础,也为国家规定结构耐久性设计的目标可靠指标提供了重要的参考。3.建立了一般大气环境下钢筋混凝土结构基于碳化寿命准则、锈胀开裂寿命准则、裂缝宽度寿命准则的极限状态方程。论文根据目前结构耐久性研究的成果,分别针对碳化深度极限状态、锈胀开裂极限状态、裂缝宽度极限状态三种极限状态,提出结构耐久性设计的基本设计表达式,统一将其表达为基本变量的标准值和分项系数的函数。通过大量的概率分析,论文针对不同的极限状态和不同的目标可靠指标,确定了各分项系数的数值,最终建立了完整的结构耐久性概率极限状态设计方法。这种设计方法属国内首次提出,它不仅建立在目前先进的结构可靠度的理论基础上,而且其表达形式与目前的结构设计方法完全统一,易于被设计人员理解和接受。4.针对目前既有结构耐久性评定的需要,论文在提出的结构耐久性概率极限状态设计方法的基础上,提出了既有结构耐久性评定的经验方法。该法在考虑各种随机因素影响的同时,充分考虑了既有结构当前的状态,将既有结构当前所提供的有效信息有机地融合于评定公式中,是目前定量评定既有结构耐久性的一个好的实用方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 混凝土碳化的研究
• 1.2.2 混凝土中钢筋锈蚀的研究
• 1.2.3 构件与结构的耐久性研究
• 1.2.4 结构的耐久性设计
• 1.3 本文的研究内容
• 参考文献
• 2 结构耐久性的概率度量
• 2.1 结构可靠性的另一种定义
• 2.1.1 结构状态和作用
• 2.1.2 从时间角度对结构可靠性概念的考察
• 2.2 结构耐久性的概念与定义
• 2.2.1 结构耐久性的定义
• 2.2.2 结构可靠性的概念体系
• 2.3 结构的时域可靠度与耐久性的度量
• 2.4 示例
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 3 混凝土结构耐久性设计的目标可靠指标
• 3.1 耐久性设计的基本思路
• 3.1.1 基于可靠度的耐久性设计方法
• 3.1.2 分析模型与目标可靠指标
• 3.1.3 基本思路
• 3.2 随机变量的概率分布
• 3.3 有关混凝土结构耐久性的极限状态
• 3.3.1 第1极限状态
• 3.3.2 第2极限状态
• 3.3.3 第3极限状态
• 3.4 耐久性设计的目标可靠指标
• 3.4.1 规范隐含的目标可靠指标
• 3.4.2 可靠指标变化规律
• 3.4.3 耐久性目标可靠指标建议值
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 4 基于碳化寿命准则的混凝土结构耐久性设计
• 4.1 碳化机理及影响因素
• 4.1.1 混凝土的碳化机理
• 4.1.2 影响混凝土碳化的因素
• 4.1.3 混凝土碳化深度的预测模型
• 4.2 碳化残量
• 4.3 第1极限状态方程
• 4.4 设计表达式
• 4.5 基于碳化寿命准则的耐久性设计步骤
• 4.6 算例
• 4.7 本章小结
• 参考文献
• 5 基于锈胀开裂寿命准则的混凝土结构耐久性设计
• 5.1 钢筋锈蚀机理与条件
• 5.1.1 混凝土中钢筋锈蚀机理
• 5.1.2 混凝土中钢筋锈蚀的条件
• 5.1.3 混凝土中钢筋锈蚀的类型
• 5.2 第2极限状态方程
• 5.3 寿命分布
• 5.4 设计表达式
• 5.5 基于锈胀开裂寿命准则的耐久性设计步骤
• 5.6 算例
• 5.7 本章小结
• 参考文献
• 6 基于裂缝宽度寿命准则的混凝土结构耐久性设计
• 6.1 概述
• 6.2 基于纵向裂缝宽度的钢筋锈蚀量计算
• 6.3 第3极限状态方程
• 6.4 设计表达式
• 6.5 基于裂缝宽度寿命准则的耐久性设计步骤
• 6.6 算例
• 6.7 本章小结
• 参考文献
• 7 考虑碳化残量的耐久性设计及应用
• 7.1 考虑碳化残量的耐久性极限状态方程
• 7.1.1 碳化残量的概念
• 7.1.2 碳化残量的确定
• 7.2 设计表达式
• 7.2.1 第1极限状态
• 7.2.2 第2极限状态
• 7.2.3 第3极限状态
• 7.3 本章小结
• 参考文献
• 8 既有混凝土结构的耐久性评定
• 8.1 既有混凝土结构耐久性评定的经验方法
• 8.1.1 耐久性评定的修正系数
• 8.1.2 第1极限状态耐久性评定
• 8.1.3 第2极限状态耐久性评定
• 8.1.4 第3极限状态耐久性评定
• 8.2 算例
• 8.3 本章小结
• 参考文献
• 9 总结与展望
• 9.1 本文的研究成果
• 9.2 需要进一步研究的问题
• 论文创新点摘要
• 攻读博士学位期间发表（含收录）的论文
• 致谢