荷载作用下钢筋混凝土结构耐久性分析方法研究

论文摘要

钢筋混凝土构件的耐久性损伤与破坏,是钢筋混凝土高桩码头面临的一个重要问题。目前,越来越多的学者和工程技术人员投入到了对混凝土结构的耐久性问题研究中,但是绝大部分研究没有考虑荷载对于混凝土结构耐久性的影响,而实际结构往往承受各种荷载的作用。本文在总结前人的研究成果基础上,对荷载作用下混凝土结构的耐久性研究做了一些探索,主要开展了以下几方面工作:1.分析研究了影响氯离子在混凝土中扩散的各种因素,结合试验重点分析了荷载对于氯离子扩散系数的影响;建立了混凝土表面氯离子浓度的经时变化模型与荷载对氯离子扩散影响的经验公式;基于Fick第二定律推导了新的扩散模型,并对模型中的各参数进行了详细的分析。2.分析研究了钢筋在混凝土中的锈蚀机理与锈蚀行为过程,提出了钢筋锈蚀速度的计算模型。总结分析了混凝土保护层开裂时间与混凝土结构出现最大外观损伤时间(耐久性寿命终结)的计算方法。3.提出了钢筋混凝土结构锈蚀构件的承载力计算方法;按照耐久性寿命准则和承载力寿命准则,结合可靠度计算理论,提出了混凝土结构的耐久性寿命与承载力寿命评估方法;4.采用Fortran语言,编制了高桩码头结构耐久性寿命与承载力寿命评估系统,并根据算例,对高桩码头结构在寿命期内钢筋与混凝土性能的变化进行了初步分析。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 荷载作用下混凝土耐久性研究进展
• 1.4 亟待解决的问题
• 1.5 本文的主要工作及创新点
• 第二章 荷载作用下氯离子扩散机理研究及扩散模型
• 2.1 概述
• 2.2 氯离子在混凝土中的传输机理
• 2.3 Fick第二定律
• 2.4 改进的氯离子扩散模型
• 2.4.1 Mangat模型
• 2.4.2 Tang&Nilsson 模型
• 2.4.3 余红发等建立的模型
• 2.4.4 涂永明等建立的模型
• 2.5 本文氯离子扩散模型的提出
• 2.6 氯离子扩散模型的各种影响因素分析及取值
• 2.6.1 氯离子扩散的依时性与α取值
• 0 取值'>2.6.2 水灰比与D₀取值
• R 取值'>2.6.3 混凝土对氯离子的吸附作用与K_R取值
• T 取值'>2.6.4 温度影响与K_T取值
• c、k_e 取值'>2.6.5 养护、暴露环境的影响与k_c、k_e取值
• 2.6.6 混凝土表面氯离子浓度
• 2.6.7 氯离子浓度临界值
• 2.6.8 保护层厚度
• 2.7 荷载对于氯离子扩散系数的影响
• 2.7.1 荷载对于氯离子扩散影响的机理探讨
• 2.7.2 荷载对于氯离子扩散系数影响的试验研究说明
• 2.7.3 荷载对于氯离子扩散系数影响的试验研究
• -扩散影响系数'>2.7.4 荷载作用对Cl^-扩散影响系数
• 2.8 模型验证
• 2.9 小结
• 第三章 海洋环境中钢筋混凝土结构钢筋锈蚀行为研究
• 3.1 概述
• 3.2 氯离子引起钢筋锈蚀的机理
• 3.3 影响混凝土中钢筋锈蚀的因素
• 3.4 钢筋锈蚀速率的时变过程讨论
• 3.5 混凝土开裂前钢筋锈蚀速率模型
• 3.5.1 Kim模型
• 3.5.2 指数模型
• 3.5.3 Youping Liu模型
• 3.5.4 蒋德稳经验模型
• 3.5.5 《混凝土结构耐久性评定标准》（CECS220：2007）建议式
• 3.5.6 模型试算与比较
• 3.6 本文采用的混凝土开裂前钢筋锈蚀速率基本模型
• 3.7 混凝土开裂后钢筋锈蚀速率模型
• 3.7.1 Chun Qing Li模型
• 3.7.2 《混凝土结构耐久性评定标准》（CECS220：2007）建议式
• 3.8 钢筋混凝土保护层锈胀开裂
• 3.8.1 混凝土保护层锈胀开裂机理
• 3.8.2 混凝土保护层锈胀开裂的钢筋临界锈蚀深度
• 3.8.3 混凝土保护层锈胀开裂模型
• 3.9 最大外观损伤
• 3.10 模型试算与确定
• 第四章 钢筋混凝土结构锈蚀构件的承载力计算方法
• 4.1 钢筋锈蚀构件的结构性能退化
• 4.1.1 锈蚀钢筋的截面损失
• 4.1.2 锈蚀钢筋的屈服强度和极限强度
• 4.1.3 混凝土强度变化
• 4.1.4 钢筋与混凝土间的粘结性能
• 4.2 钢筋混凝土锈蚀构件的承载力计算
• 4.2.1 受弯构件承载力计算
• 4.2.2 正截面受压承载力计算
• 4.2.3 斜截面承载力计算
• 第五章 海洋环境下钢筋混凝土构件可靠度分析
• 5.1 概述
• 5.2 基本原理
• 5.2.1 可靠度指标
• 5.2.2 误差传递函数
• 5.2.3 可靠度指标计算方法——JC法
• 5.3 耐久性可靠度分析
• 5.3.1 钢筋初始锈蚀时间
• 5.3.2 混凝土保护层开裂时间
• 5.3.3 钢筋混凝土表面出现最大外观损伤时间
• 5.4 承载力可靠度分析
• 5.4.1 抗力
• 5.4.2 荷载
• 5.5 在役结构可靠度评估
• 第六章 算例
• 6.1 工程概况
• 6.2 码头结构耐久性寿命评估
• 6.3 影响结构耐久性的因素
• 6.4 码头结构承载力寿命评估
• 6.5 荷载水平对氯离子扩散的影响分析
• 6.6 荷载水平对码头结构耐久性可靠度与承载力的影响
• 第七章 结论与建议
• 1. 结论
• 2. 建议
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 附录A Fick第二定律的求解
• 附录B 荷载对氯离子扩散影响的试验数据
• 致谢