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《河海大学》 2003年
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海洋环境下钢筋混凝土结构锈裂损伤评估研究

吴瑾  
【摘要】: 通过现场调查和室内试验,研究了海洋环境下钢筋混凝土锈裂破坏的原因和规 律。从微观上看,锈裂破坏是由于锈蚀宏电池形成的坑锈;从宏观上看,锈裂破坏是 混凝土施工质量差、设计不足和环境等多种因素综合影响的结果。采用有限元法分析 钢筋周围混凝土中最大应力的分布,从理论上证明了由工程调查得出的四种锈裂破坏 形态。提出了保证海洋环境下钢筋混凝土结构耐久性的措施。 提出将模态分析技术用于钢筋混凝土结构锈裂损伤定位与识别。根据结构锈裂损 伤前后的频率平方变化比进行锈裂损伤定位;根据结构锈裂损伤后频率降低与刚度降 低的关系,绘制结构锈裂损伤程度识别图,用于锈裂损伤程度识别。现场试验和室内 试验结果表明:模态分析技术可用于钢筋混凝土结构锈裂损伤定位与识别,在频率测 量中应减小测试误差,以保证对锈裂损伤定位的精度。 建立了钢筋锈蚀量评估的BP网络模型,该模型可以同时考虑混凝土强度、保护 层厚度、钢筋直径、裂缝宽度等多种影响因子,算例表明:BP网络模型的评估结果 与实测结果较为一致,该模型应用简便。 从锈蚀钢筋混凝土受弯构件破坏模式入手,分析其破坏机理与过程。考虑锈胀力 引起的混凝土受压区双向应力状态,建立了锈蚀开裂前钢筋混凝土受弯构件承载力评 估模型;应用无粘结预应力钢筋应力计算方法,建立了锈蚀开裂后钢筋混凝土受弯构 件承载力评估模型。试验结果验证表明:本文建立的承载力评估模型与试验结果吻合 较好,可用于锈蚀钢筋混凝土受弯构件承载力评估。 从氯离子侵蚀的钢筋锈蚀模型入手,建立了锈蚀钢筋混凝土受弯构件承载力随机 模型。采用实用分析法,提出锈蚀钢筋混凝土结构可靠度分析方法。通过算例,计算 出了锈蚀钢筋混凝土结构可靠度指标下降曲线,该方法可用于海洋环境下混凝土结构 锈裂损伤后可靠度评估或预测。 通过分析氯离子在混凝土中扩散的随机过程,把扩散系数作为随时间变化的函 数,将混凝土表面氯离子浓度、保护层厚度作为随机变量,建立了预测混凝土保护层 中氯离子浓度分布的随机模型,推导出了氯离子浓度的均值和方差。算例结果表明: 该模型的计算值较传统的Fick扩散定律更接近试验值,该模型可用于预测或评估混 凝土中氯离子浓度分布。据此提出了海洋环境下混凝土结构寿命评估的方法,并用于 连云港西大堤钢筋混凝土护栏的锈裂损伤评估。评估结果表明:采用实测数据的寿命 评估结果与现场调查结果较为一致,从而证明了该方法的正确性与有效性。
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