海洋环境下钢筋混凝土结构锈裂损伤评估研究

【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。