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钢筋砼构件氯离子侵蚀下钢筋初始锈蚀时间的计算方法

作　者: 王东方
导　师: 霍达
学　校: 北京工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 氯离子耐久性动态可靠度钢筋初始锈蚀时间圆形截面矩形截面
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 286次
引　用: 5次
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内容摘要

实践证明，钢筋混凝土结构构件抗力是随着服役时间不断变化的，这就导致结构的可靠度随着时间也在不断减小，即，钢筋混凝土结构的可靠度是动态变化的。当前针对结构的耐久性以及动态可靠度国内外展开了大量的研究。由于一般情况下钢筋腐蚀是结构抗力退化的开始，因此计算钢筋混凝土结构中的钢筋初始锈蚀时间对于进行结构耐久性方面的研究具有很重要的意义。在海洋环境中，含有大量的氯离子，而氯离子是引起钢筋锈蚀的一个重要因素，因此预测在混凝土中氯离子的浓度是计算海洋环境中钢筋初始锈蚀时间的前提。但是当前对氯离子浓度的计算公式不但不适于计算钢筋的初始锈蚀时间，而且假设相当理想化，未能考虑截面形状对钢筋初始锈蚀时间的影响，不适于实际应用。因此本文在已有研究成果的基础上，利用分子运动论、微积分、数值分析等相关知识，建立了实用的钢筋初始锈蚀时间的计算方法： 1．对传统模型进行变换，建立了传统模型的逆模型，以便于钢筋初始锈蚀时间的的计算； 2．基于FICK第一扩散定律，推导了氯离子二维扩散数学模型，并在此基础上，推导了圆形截面氯离子一维扩散数学模型； 3．利用差分算法，建立了圆形截面以及矩形截面氯离子扩散模型的数值解法，并对数值算法的稳定性进行了分析； 4．提出利用修正系数的方式对传统模型进行修正； 5．讨论了影响矩形截面以及圆形截面修正系数的因素： (1) 从理论上证明了氯离子在混凝土中的扩散系数与修正系数无关； (2) 通过圆形截面数值计算结果的分析，发现圆形截面修正系数与保护层厚度基本成线性关系，并建立了二者之间的联系；分析了圆形截面半径、混凝土表面氯离子浓度对修正系数的影响，从而建立了圆形截面钢筋初始锈蚀时间的实用计算方法； (3) 在矩形截面氯离子侵蚀下，混凝土处于二维扩散状态。本文通过计算分析，证明二维扩散的影响区域从边角开始向中间逐步扩散，并证明了二维扩散影响区域依赖于氯离子扩散系数与氯离子扩散时间的乘积。从而得到结论：在氯离子扩散系数一定的情况下，在一定时间范围内，矩形截面边角区域钢筋的初始锈蚀时间不依赖于矩形截面的截面尺寸； (4) 通过矩形截面边角区域钢筋初始锈蚀时间的计算，分析了保护层厚度、钢筋直径、混凝土表面氯离子浓度对修正系数的影响，并在此基础上建立了氯离子侵蚀下矩形截面边角区域钢筋初始锈蚀时间的实用计算方法。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-18
  1.1 本课题研究的重要意义  9-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
    1.2.1 在材料层次上的研究  12-14
    1.2.2 构件层次上的研究  14
    1.2.3 结构层次上的研究  14
  1.3 本文研究的工作  14-18
    1.3.1 现有的氯离子扩散模型  15
    1.3.2 传统模型存在的问题  15-17
    1.3.3 本文的研究工作  17-18
第二章钢筋锈蚀的原理以及氯离子扩散传统模型逆模型建立  18-25
  2.1 混凝土内钢筋的锈蚀机理  18-21
    2.1.1 钢筋锈蚀的基本机理  18
    2.1.2 混凝土的化学组成以及微观结构  18-19
    2.1.3 钢筋的钝化作用以及环境腐蚀因素的影响  19-21
  2.2 氯离子扩散传统模型逆模型的建立  21-23
  2.3 本章小结  23-25
第三章圆形截面与矩形截面氯离子扩散模型推导及数值解法  25-46
  3.1 矩形截面氯离子扩散模型的建立  25-28
  3.2 圆形截面氯离子扩散模型的建立  28-31
  3.3 圆形截面氯离子扩散模型的数值解法  31-38
    3.3.1 差分格式的建立  31-33
    3.3.2 边界条件的处理  33-34
    3.3.3 差分格式稳定性的讨论  34-38
  3.4 矩形截面氯离子扩散模型的数值解法  38-44
    3.4.1 差分格式的建立  39-41
    3.4.2 边界条件的处理  41-42
    3.4.3 差分格式稳定性的讨论  42-44
  3.5 本章小结  44-46
第四章圆形截面氯离子扩散引起钢筋锈蚀初始时间的计算方法  46-62
  4.1 氯离子在混凝土中的扩散系数K与修正系数α的无关性  46-48
  4.2 圆形截面修正系数α的计算  48-61
    4.2.1 数值计算参数的选取  48-50
    4.2.2 数值计算结果  50-53
    4.2.3 计算结果的分析  53-61
  4.3 本章小结  61-62
第五章矩形截面氯离子二维扩散引起钢筋锈蚀初始时间的计算方法  62-79
  5.1 氯离子在混凝土中的扩散系数K与修正系数的无关性  62-64
  5.2 截面尺寸的选取对最终结果的影响  64-71
    5.2.1 矩形截面氯离子扩散存在着一维扩散区域  64-67
    5.2.2 截面尺寸对边角区域氯离子浓度分布的影响  67-69
    5.2.3 矩形截面二维扩散区域的影响因素  69-71
    5.2.4 结论  71
  5.3 氯离子侵蚀下矩形截面边角区域钢筋初始锈蚀时间的实用计算方法  71-78
    5.3.1 数值计算的参数选取  71-72
    5.3.2 数值计算结果  72-75
    5.3.3 各因素对修正系数的影响  75-78
  5.4 本章小结  78-79
结论与展望  79-81
参考文献  81-84
致谢  84

钢筋砼构件氯离子侵蚀下钢筋初始锈蚀时间的计算方法

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