隧道高水压段结构耐久性健康监测与损伤评估

【摘要】： 服役期的结构物，在内部的或外部的、人为的或自然的因素作用下，随着时间的推移，会逐步发生老化、损伤甚至损坏，这是一个不可逆的发展过程，这个过程将必然影响到建筑物的服役性能甚至结构物的安全性。结构损伤的研究也是历来已久，结构损伤的概念可以泛化为结构的偏离和下降，包括结构在使用中发生的各种使用条件退化，本身性能退化和常规意义上的局部损伤。缓慢型的结构实质性损伤和应力屈服状态下的应力损伤都会对结构的服役性能造成影响，实际工作中难以对结构实施精确的损伤识别与定位，只能从整体上把握它的演变趋势，并实时监测结构的工作行为，保证结构的“健康”工作状态。 本文研究的目标在于通过损伤识别理论的研究，并结合“健康”监测方法来识别高水压作用下的隧道结构长期损伤发展、损伤状态、把握隧道衬砌的实时工作状态、保证结构安全性。 本文的研究工作主要如下： (1)在高水压作用下隧道结构工作特性的基础上，确定并分析了隧道混凝土结构耐久性损伤的主要因素：隧道混凝土表面碳化、水压、水力致裂、钢筋混凝土衬砌中的钢筋锈蚀； (2)分析了隧道结构混凝土的水体渗透规律、水体渗透也混凝土裂缝开度的关系、裂缝开度与局部应力状态的相互关系； (3)讨论了损伤的定义和分类、研究了实质性损伤的表达、提出了应力损伤理论模型。损伤是工作状态下材料混凝土受劣化因素作用而产生的必然性服役性能衰退、下降现象，损伤可以分为实质性损伤和应力损伤；对实质性损伤在混凝土中形成的损伤带的表达进行了阐述和表达。对于应力损伤，则提出了损伤模型，模型包括：应力损伤的产生判剧，应力损伤的进程及应力损伤值的表达与求解； (4)在研究损伤识别方法的基础上，提出了隧道结构基于测量数据的损伤应力识别法，此方法具有能有效把握结构损伤、简单、直接且易于操作的特点，但是其对结构损伤的定位仍是难以实现。 (5)综合工程实际，开发、设计了一套应用于隧道结构的健康监测系统。