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海底隧道衬砌结构寿命预测理论与试验研究

作　者: 孙富学
导　师: 孙钧
学　校: 同济大学
专　业: 结构工程
关键词: 海底隧道衬砌结构耐久性服务寿命氯离子侵蚀混凝土碳化氯离子扩散试验氯离子扩散系数电化学加速锈蚀试验承载力试验修正系数
分类号: U451.4
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 726次
引　用: 7次
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内容摘要

近年来，混凝土结构的耐久性问题成为了结构工程学科研究的热点和重点，受到工程界的普遍关注和重视，结构寿命预测是耐久性研究中的核心问题。在设计和建设初期对结构寿命进行预测评估，不仅是工程建设实践发展的要求，也是工程设计理念从被动控制向主动控制转变的客观需要，具有重要的经济意义和实践价值。论文以厦门翔安海底隧道为工程背景，在衬砌结构服务寿命理论预测研究的基础上，通过室内试验，实现了衬砌结构寿命的试验预测。 1．结合背景工程的具体特点，在综合分析衬砌结构耐久性影响因素及影响机理的基础上，确定了氯离子侵蚀和混凝土碳化为影响海底隧道衬砌结构服务寿命的主要因素，并进行了深入分析； 2．在安全承载寿命准则条件下，建立了海底隧道衬砌结构寿命预测的理论体系，并用以对厦门海底隧道衬砌结构寿命进行了预测； 3．氯离子扩散系数是影响结构第一阶段寿命的关键参数。通过室内扩散试验，研究了不同工况下(拉、压和无荷载作用)混凝土中氯离子扩散规律，并确定了海底隧道混凝土衬砌氯离子扩散系数的计算值； 4．通过钢筋电化学快速锈蚀试验，实现了通过室内快速试验研究实际结构长期寿命的目标，并进一步对钢筋通电加速锈蚀的规律进行了研究分析； 5．在偏心柱模型钢筋快速锈蚀试验的基础上，通过模型承载力试验，研究了不同锈蚀程度下的模型极限承载力随锈蚀时间的实际变化规律，并进而对钢筋锈蚀后模型的加载变形性能进行了综合分析； 6．在室内试验研究的基础上，建立了钢筋室内快速锈蚀与自然条件下锈蚀之间的加速倍率关系，通过试验寿命模型修正的方法，最终实现了通过试验预测隧道衬砌结构寿命的目标。通过研究，论文实现了对结构寿命进行试验预测之目的，使之比一般通用的、仅按单纯理论进行的寿命预测更加符合工程实际，研究结果也更能反映实际隧道衬砌结构寿命特征。论文所建议的方法可以作为同类研究的借鉴和参考。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪言  13-44
  1.1 研究背景  13-14
  1.2 国内外研究进展  14-35
    1.2.1 研究概述  14-15
    1.2.2 混凝土抗碳化寿命研究进展  15-22
    1.2.3 混凝土抗氯离子侵蚀寿命研究进展  22-30
    1.2.4 钢筋锈蚀研究进展  30-33
    1.2.5 结构寿命预测研究进展  33-35
  1.3 论文研究的工程背景及海水侵蚀性能试验分析  35-40
    1.3.1 论文研究工程背景  35
    1.3.2 厦门海底隧道海域海水侵蚀性能试验分析  35-40
  1.4 论文的主要研究内容和创意性  40-44
    1.4.1 主要研究内容  40-41
    1.4.2 论文研究的新构思和创意  41-44
第二章海底隧道衬砌结构寿命预测理论研究  44-62
  2.1 概述  44-45
  2.2 结构耐久性影响因素及其损伤机理  45-47
    2.2.1 结构耐久性影响因素  45-46
    2.2.2 结构耐久性损伤机理  46-47
  2.3 衬砌结构寿命预测方案  47-50
    2.3.1 寿命准则  47-48
    2.3.2 预测方法  48-50
    3.3.3 寿命组成  50
  2.4 第一阶段寿命——钢筋无锈工作时间T_1确定  50-55
    2.4.1 衬砌结构耐久性主要影响因素确定  50-51
    2.4.2 内排钢筋无锈工作时间T_(1-tanh ua)确定  51-53
    2.4.3 外排钢筋无锈工作时间T_(1-Cl)确定  53-55
  2.5 第二阶段寿命——损伤破坏时间T_2确定  55-59
    2.5.1 钢筋锈蚀前衬砌结构截面强度计算  55-56
    2.5.2 钢筋锈蚀后衬砌结构截面强度计算  56-59
    2.5.3 结构损伤破坏时间T_2确定  59
  2.6 海底隧道衬砌结构寿命理论预测  59-60
  2.7 本章小结  60-62
第三章氯离子扩散性能试验研究  62-83
  3.1 概述  62
  3.2 试验方案  62-70
    3.2.1 试验设计及试件制作  62-64
    3.2.2 试验材料及混凝土配合比  64-65
    3.2.3 试块无荷载扩散试验  65-66
    3.2.4 短梁弯曲受拉扩散试验  66-68
    3.2.5 短柱受压扩散试验  68-70
  3.3 氯离子含量测定  70-72
    3.3.1 自由氯离子含量测定方法  70-71
    3.3.2 总氯离子含量测定方法  71-72
  3.4 试验结果分析  72-81
    3.4.1 扩散试验时间对氯离子扩散特性的影响分析  72-74
    3.4.2 环境氯离子浓度对氯离子扩散特性的影响分析  74-76
    3.4.3 混凝土龄期对氯离子扩散特性的影响分析  76-77
    3.4.4 拉应力对氯离子扩散特性的影响分析  77-79
    3.4.5 压应力对氯离子扩散特性的影响分析  79-80
    3.4.6 自由氯离子含量和总氯离子含量比较分析  80-81
  3.5 本章小结  81-83
第四章钢筋电化学快速锈蚀试验研究  83-99
  4.1 概述  83
  4.2 钢筋电化学加速锈蚀原理  83-85
  4.3 试验方案  85-92
    4.3.1 试验方案选择  85-86
    4.3.2 原材料及配合比  86-87
    4.3.3 模型设计及制作  87-88
    4.3.4 试验过程  88-92
  4.4 钢筋锈蚀率确定  92-93
    4.4.1 钢筋理论锈蚀率的计算  92
    4.4.2 钢筋实际锈蚀率的检测  92-93
  4.5 试验结果分析  93-98
    4.5.1 电化学加速试验理论锈蚀率和实际锈蚀率对比  93-95
    4.5.2 混凝土保护层对快速锈蚀率的影响  95-97
    4.5.3 试验室快速锈蚀与自然锈蚀比较  97-98
  4.6 本章小结  98-99
第五章钢筋锈蚀后偏心柱模型承载力性能试验研究  99-117
  5.1 概述  99
  5.2 试验方案  99-104
    5.2.1 试验模型  99-100
    5.2.2 试验过程  100-104
  5.3 试验结果分析  104-115
    5.3.1 承载力随快速锈蚀时间衰减规律分析  104-106
    5.3.2 不同锈蚀率构件适用耐久性(加载变形)分析  106-115
  5.4 本章小结  115-117
第六章海底隧道衬砌结构寿命预测试验研究  117-130
  6.1 概述  117
  6.2 衬砌结构第一阶段寿命T_(lining-1)确定  117-122
    6.2.1 氯离子扩散系数计算  117-119
    6.2.2 扩散系数衰减规律及计算值确定  119-121
    6.2.3 衬砌结构第一阶段寿命T_(lining-1)确定  121-122
  6.3 衬砌结构第二阶段寿命T_(lining-2)确定  122-128
    6.3.1 小比尺模型第二阶段寿命T_(model-2)确定  122-123
    6.3.2 衬砌结构第二阶段寿命T_(lining-2)确定  123-124
    6.3.3 小比尺模型快速锈蚀破坏时间T_(model-2-exp)确定  124
    6.3.4 室内试验相对自然锈蚀加速倍率关系K确定  124-126
    6.3.5 衬砌结构第二阶段寿命T_(lining-2)确定  126-128
  6.4 衬砌结构寿命T_(lining)确定  128
  6.5 本章小结  128-130
第七章结论与展望  130-134
  7.1 主要研究结论  130-131
  7.2 研究展望  131-134
致谢  134-136
参考文献  136-143
个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果  143

海底隧道衬砌结构寿命预测理论与试验研究

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