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现役重力墩式码头钢筋混凝土结构耐久性评估与寿命分析

作　者: 高祥壮
导　师: 李伟华
学　校: 青岛理工大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 耐久性检测寿命分析模糊综合评估钢筋混凝土
分类号: U656.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

二十一世纪是海洋的世纪，海洋工程建设蓬勃发展，其中钢筋混凝土已成为当今不可或缺的主体建筑结构材料。然而众所周知，海洋是极为严酷的腐蚀环境，现役钢筋混凝土结构在苛刻的海洋腐蚀作用下过早劣化失效已成为日趋普遍的现象和亟待解决的严重隐患，而其中又以海港码头的腐蚀破坏首当其冲。钢筋混凝土结构长期经历海水冲击和浸泡、日光曝晒、干湿交替、沿海盐雾以及海生生物等因素的侵蚀，初期会逐渐形成微裂缝、表面层松动、轻度剥蚀等预老化现象，若不进行及时检测和防腐修复，日积月累则有可能触发顺筋开裂、结构脱落甚至断裂坍塌等重大安全事故。因此，对于海洋工程结构的耐久性防护和安全性保障应未雨绸缪，才能防患于未然。开展海港码头钢筋混凝土结构的耐久性检测评估与寿命分析，一方面可以针对已服役的海港码头结构进行腐蚀程度的检测监测和剩余使用寿命的预测，为具体功能的建筑构件和不同起因的腐蚀劣化现象提供合理的修复维护解决方案；另一方面可以通过分析在建工程的腐蚀环境，为其提出适宜的防护措施和寿命设计参考标准，并对竣工的新建码头进行耐久性安全和防腐维护周期的评估。对海洋基础设施服役寿命的延长形成有效指导和切实保障。重力墩式钢筋混凝土结构是大型海港码头设施的主体形式，本文针对作为我国重要能源贸易集散中心的某海港重力墩式码头进行耐久性检测、评估以及寿命分析。主要研究工作内容如下：(1)调查码头附近海域的腐蚀环境，检测重力墩式码头的腐蚀状况并分析造成腐蚀的起因，对码头不同功能性构件混凝土材料的碳化深度、强度、氯盐侵蚀深度以及钢筋锈蚀等情况进行了量化评估。实验数据表明纵向受力钢筋表面氯离子含量达到0.15%（占混凝土重量比），已超过规范要求的限制。利用半电池电位对T型梁以及箱梁进行半电池电位检测，腐蚀的概率占测量数的25%。(2)现场取得　22钢筋主要为两侧锈蚀，呈鼓剖面状，表面密布锈坑，取若干钢筋进行力学性能测试。锈蚀钢筋失重率约为30%，但是力学拉伸曲线仍具有明显的四个阶段。钢筋的锈后名义屈服强度比的均值为0.4，锈后名义极限强度比的均值为0.42。(3)以层次分析法为基础，采用Λ型隶属函数，运用模糊综合评估法建立了基于模糊数学的钢筋混凝土结构耐久性评估体系。最后根据最大隶属原则，得出待评定结构的耐久性等级，并结合工程实例，选用检测数据对码头进行了耐久性评估，评估结果与实际情况较为吻合，表明该方法是大致可行的。(4)基于混凝土保护层锈胀开裂寿命准则，选择合理的预测模型，利用实验结果，对影响结构剩余寿命的因素进行分析，包括钢筋直径、混凝土保护层、锈蚀电流密度以及混凝土强度等因素。分析结果表明：钢筋锈蚀电流、钢筋保护层厚度以及钢筋直径对混凝土开裂影响显著，提高混凝土抗拉强度对延缓结构的锈胀开裂并不明显。

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-12
第一章绪论  12-18
  1.1 课题研究的背景与意义  12-14
  1.2 混凝土结构检测评估研究进展  14-16
    1.2.1 国内现役混凝土结构检测评估研究现状  14-15
    1.2.2 国外现役混凝土结构检测评估研究现状  15-16
  1.3 本文的研究目的和研究内容  16-18
第二章现役混凝土结构耐久性检测  18-28
  2.1 引言  18-19
  2.2 工程环境调查  19-20
  2.3 混凝土构件外观检测  20
  2.4 混凝土保护层厚度检测  20-21
  2.5 混凝土碳化深度检测  21
  2.6 混凝土强度检测  21-22
  2.7 混凝土氯离子检测  22-23
  2.8 混凝土半电池电位检测  23-24
  2.9 混凝土冻融检测  24-25
  2.10 锈蚀钢筋力学性能检测  25-28
第三章现役混凝土结构耐久性检测结果与讨论  28-48
  3.1 混凝土结构表面状况  28-30
  3.2 钢筋保护层厚度  30-32
    3.2.1 钢筋保护层厚度规范要求  30-31
    3.2.2 钢筋保护层厚度检测结果  31-32
  3.3 混凝土碳化深度  32-33
    3.3.1 混凝土碳化检测结果  32
    3.3.2 混凝土碳化结果分析  32-33
  3.4 混凝土强度  33-36
    3.4.1 混凝土强度检测结果  33-35
    3.4.2 混凝土强度检测结果评价  35-36
  3.5 混凝土氯离子含量  36-37
    3.5.1 混凝土氯离子含量检测结果  36
    3.5.2 混凝土氯离子含量检测结果分析  36-37
  3.6 混凝土半电池电位  37-40
    3.6.1 半电池电位规范要求  37-38
    3.6.2 半电池电位测试结果  38-40
  3.7 混凝土冻融  40-42
  3.8 锈蚀钢筋的力学性能  42-48
    3.8.1 钢筋锈蚀过程  42-43
    3.8.2 钢筋力学性能  43-48
第四章现役混凝土结构耐久性评估  48-70
  4.1 概述  48-49
  4.2 基于层次分析法的模糊综合评估  49-61
    4.2.1 层次分析法基本原理  50-54
    4.2.2 模糊综合评价法  54-61
  4.3 工程实例分析  61-70
    4.3.1 影响因数集建立  61-63
    4.3.2 单一耐久性指标评估  63-66
    4.3.3 单一因数评估  66-67
    4.3.4 二级耐久性评估  67-70
第五章现役混凝土结构耐久性寿命分析  70-82
  5.1 混凝土结构寿命判断准则  70-71
  5.2 混凝土结构使用寿命预测方法  71-73
  5.3 混凝土保护层锈胀开裂时间的预测分析  73-77
    5.3.1 保护层锈胀开裂原理  73
    5.3.2 保护层锈胀开裂时间预测  73-77
  5.4 工程实例分析  77-82
第六章结论与展望  82-84
  6.1 结论  82
  6.2 展望  82-84
参考文献  84-88
附录一：码三混凝土碳化检测数据  88-90
附录二：码四混凝土碳化检测数据  90-92
附录三：箱梁半电池电位检测数据  92-96
附录四：码四 T 型梁(L6)半电池电位检测数据  96-98
附录五：钢筋锈蚀情况  98-100
在学期间发表的学术论文及参与的科研项目  100-102
致谢  102

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