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海底隧道衬砌结构寿命预测理论与试验研究

孙富学  
【摘要】:近年来,混凝土结构的耐久性问题成为了结构工程学科研究的热点和重点,受到工程界的普遍关注和重视,结构寿命预测是耐久性研究中的核心问题。在设计和建设初期对结构寿命进行预测评估,不仅是工程建设实践发展的要求,也是工程设计理念从被动控制向主动控制转变的客观需要,具有重要的经济意义和实践价值。论文以厦门翔安海底隧道为工程背景,在衬砌结构服务寿命理论预测研究的基础上,通过室内试验,实现了衬砌结构寿命的试验预测。 1.结合背景工程的具体特点,在综合分析衬砌结构耐久性影响因素及影响机理的基础上,确定了氯离子侵蚀和混凝土碳化为影响海底隧道衬砌结构服务寿命的主要因素,并进行了深入分析; 2.在安全承载寿命准则条件下,建立了海底隧道衬砌结构寿命预测的理论体系,并用以对厦门海底隧道衬砌结构寿命进行了预测; 3.氯离子扩散系数是影响结构第一阶段寿命的关键参数。通过室内扩散试验,研究了不同工况下(拉、压和无荷载作用)混凝土中氯离子扩散规律,并确定了海底隧道混凝土衬砌氯离子扩散系数的计算值; 4.通过钢筋电化学快速锈蚀试验,实现了通过室内快速试验研究实际结构长期寿命的目标,并进一步对钢筋通电加速锈蚀的规律进行了研究分析; 5.在偏心柱模型钢筋快速锈蚀试验的基础上,通过模型承载力试验,研究了不同锈蚀程度下的模型极限承载力随锈蚀时间的实际变化规律,并进而对钢筋锈蚀后模型的加载变形性能进行了综合分析; 6.在室内试验研究的基础上,建立了钢筋室内快速锈蚀与自然条件下锈蚀之间的加速倍率关系,通过试验寿命模型修正的方法,最终实现了通过试验预测隧道衬砌结构寿命的目标。 通过研究,论文实现了对结构寿命进行试验预测之目的,使之比一般通用的、仅按单纯理论进行的寿命预测更加符合工程实际,研究结果也更能反映实际隧道衬砌结构寿命特征。论文所建议的方法可以作为同类研究的借鉴和参考。


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