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荷载作用下钢筋混凝土构件氯离子扩散试验及耐久性计算方法

作　者: 崔衍强
导　师: 及春宁；王元战
学　校: 天津大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 海洋环境荷载作用耐久性氯离子扩散模型可靠度
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

港口工程结构直接受到环境腐蚀因素的作用，大部分处于海洋氯盐环境或内河潮湿环境，耐久性破坏历来都是一个突出问题。结构耐久性不足最终会导致结构的使用寿命不足以及结构的服役期维护费用显著增加。目前，越来越多的学者和工程技术人员投入到对混凝土结构耐久性破坏问题的研究当中，但是绝大部分研究没有考虑荷载作用对于混凝土结构耐久性问题的影响，而实际结构都承受着各种荷载的作用。本文在总结前人研究的基础上，通过试验研究对荷载作用下混凝土的耐久性研究做了一些探索，主要开展了一下几个方面的研究：1.自行研制了多功能海洋环境模拟自动化试验系统来自动模拟海洋环境下的干湿循环区域，自动化试验系统采用PLC进行自动控制，可以自动控制试验温度、干燥和浸泡时间以模拟水位变动区和浪溅区；2.通过试验分别模拟了荷载作用下水位变动区和盐雾区的氯离子在混凝土中的渗透扩散行为，根据实验结果回归分析出荷载对于氯离子扩散系数的影响系数，并结合不同海洋环境，建立了氯离子扩散模型；3.总结现有研究成果，建立了考虑荷载作用的混凝土结构抗力时变模型；并此基础上依据概率方法建立了结构全生命周期的评估模型，针对各生命周期，提出了相应的评估标准,并通过高桩码头算例验证了评估模型的可行性。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 选题背景及意义  8-9
  1.2 钢筋混凝土结构耐久性研究现状  9-11
  1.3 海洋环境下受荷混凝土破坏机理研究进展  11
  1.4 目前存在的问题  11-12
  1.5 本文所作的工作  12
  1.6 本文创新点  12-14
第二章海洋环境下受荷混凝土氯离子侵蚀模拟试验研究  14-46
  2.1 概述  14
  2.2 氯离子在混凝土中传输机理  14-15
  2.3 氯离子侵蚀模型  15-20
    2.3.1 本文所采用氯离子侵蚀模型  15-17
    2.3.2 模型中相关参数的取值  17-20
  2.4 试验设计  20-23
    2.4.1 试验概述  20-21
    2.4.2 试验构件设计  21-22
    2.4.3 试验加载方式设计  22
    2.4.5 试验氯离子渗透指标的测量  22-23
  2.5 干湿循环区受荷混凝土扩散试验研究  23-34
    2.5.1 干湿循环区试验设计概况  23-24
    2.5.2 多功能海洋环境自动化模拟试验设备的研制  24-27
    2.5.3 干湿循环区试验结果与分析  27-31
    2.5.4 干湿循环区氯离子扩散模型  31-33
    2.5.5 干湿循环区考虑荷载影响的氯离子扩散模型  33-34
  2.6 盐雾条件下受荷混凝土扩散试验研究  34-42
    2.6.1 盐雾区试验设计概况  34-35
    2.6.2 盐雾腐蚀区试验结果与分析  35-39
    2.6.3 盐雾区氯离子扩散规律  39-41
    2.6.4 盐雾区考虑荷载影响的氯离子扩散模型  41-42
  2.7 荷载作用对于氯离子扩散规律影响  42-43
  2.8 算例  43-45
  2.9 小结  45-46
第三章海洋环境下钢筋混凝土结构钢筋的锈蚀  46-57
  3.1 概述  46
  3.2 氯离子对混凝土中钢筋锈蚀机理影响  46-47
  3.3 海洋环境下混凝土钢筋锈蚀速度模型  47-52
    3.3.1 概述  47-48
    3.3.2 电化学模型  48
    3.3.3 经验模型  48-50
    3.3.4 模型评价与确定  50-52
  3.4 钢筋锈胀开裂模型  52-55
  3.5 钢筋锈蚀裂缝开展到限值的时间  55-56
  3.6 算例分析  56-57
第四章海洋环境下钢筋混凝土锈蚀构件承载力计算方法  57-62
  4.1 概述  57
  4.2 锈蚀钢筋的性能退化  57-58
  4.3 钢筋混凝土构件锈蚀后混凝土强度的退化  58-59
  4.4 锈蚀后钢筋和混凝土黏结性能的退化  59
  4.5 锈蚀后钢筋混凝土构件承载力计算模式  59-62
    4.5.1 锈蚀混凝土梁受弯的承载力计算方法  59-60
    4.5.2 锈蚀钢筋混凝土构件受压承载力计算模式  60-62
第五章海洋环境下钢筋混凝土结构全生命周期耐久性评估  62-72
  5.1 概述  62
  5.2 海洋环境下钢筋混凝土结构全生命周期计算模型  62-63
  5.3 基本原理  63-65
    5.3.1 结构的极限状态  63-64
    5.3.2 结构的可靠度指标  64
    5.3.3 JC 法计算结构可靠指标  64-65
  5.4 全生命周期各个生命阶段的求解  65-72
    5.4.1 钢筋开始锈蚀时间  65-66
    5.4.2 混凝土保护层开裂的时间  66
    5.4.3 裂缝达到限值的时间  66-67
    5.4.4 考虑抗力时变的承载力极限状态生命阶段可靠度分析  67-72
第六章算例及结果分析  72-85
  6.1 工程概况  72-74
  6.2 寿命评估  74-82
    6.2.1 概述  74
    6.2.2 Ansys 模型的计算  74-77
    6.2.3 考虑荷载作用对结构抗力影响的生命评估过程  77-82
  6.3 荷载水平对于结构寿命的影响  82-85
第七章结论和建议  85-87
  7.1 结论  85
  7.2 建议  85-87
参考文献  87-92
发表论文和科研情况说明  92-93
致谢  93

荷载作用下钢筋混凝土构件氯离子扩散试验及耐久性计算方法

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