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基于改进交流阻抗法的混凝土内钢筋腐蚀检测研究

作 者: 代敏
导 师: 汤爱平
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 防灾减灾与防护工程
关键词: 钢筋混凝土桥 腐蚀检测 交流阻抗法 等效电路
分类号: U448.34
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 61次
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内容摘要


交通系统是最重要的生命线系统之一,是关系社会与经济协调发展的重要基石。作为交通系统的重要单元,桥梁是交通畅通的重要保证。目前,我国大部分桥梁为钢筋混凝土桥梁,且多数桥梁是20世纪60-70年代建造的,混凝土内钢筋腐蚀已经对我国的桥梁耐久性和安全性构成了严重威胁。钢筋腐蚀的早期检测出并采取适当的措施,一则可以防止腐蚀进一步发展,可以极大地提高桥梁的耐久性,延长桥梁的服役时间;二则可以有利于制定桥梁体系的优化养护、维修策略,以阻止桥梁失效事故的发生。本文以混凝土内钢筋腐蚀的检测技术为出发点,选择基于表面测量技术的交流阻抗法作为研究对象,利用等效电路法系统研究各因素对表观阻抗谱的影响规律,在此基础上提出了一种实用于钢筋混凝土腐蚀评价的改进交流阻抗法。为了建立基于表面测量的交流阻抗法的等效电路,首先研究钢筋与混凝土界面处的阻抗。经过比较,确定界面阻抗的等效电路。利用该等效电路及其阻抗谱图,推导出阻抗谱的曲线特征量(如阻抗虚部峰值时的频率等)与等效电路元件的参数之间的数学关系,从理论上分析元件参数对于界面阻抗谱曲线的影响。并研究将Cole-Cole模型引入界面阻抗的模拟,分析了该模型随参量变化的规律,并证明了如果取值合理,该模型也可以用于模拟钢筋与混凝土界面处的阻抗的变化规律。然后,本文利用检测简图,通过建立适当的坐标系,利用泊松方程以及本问题的边界条件,推导出电流强度一定时,混凝土内任意一点的电势表达式。根据阻抗与电势差之间的关系,分析得到表观阻抗谱的主要影响因素有:界面阻抗、探针排布间距、钢筋埋深和混凝土电阻率等。其后,考虑上述因素的影响,分别以基本等效电路和Cole-Cole模型模拟界面阻抗,建立了基于表面测量的交流阻抗法等效电路。计算在该等效电路中表观阻抗谱的表达式。最后,通过改变各个参量的值,并利用Matlab软件对计算得到的相应阻抗谱曲线进行了从低频到高频的扫描,最终得到了界面阻抗、钢筋埋深等因素对于表观阻抗谱的影响规律,并根据得到的结论对该方法在实际中的应用提出建议。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 混凝土内钢筋腐蚀的产生、影响因素及其危害  10-12
  1.3 钢筋腐蚀检测技术的意义、研究现状及发展趋势  12-18
    1.3.1 腐蚀检测技术研究现状  14-17
    1.3.2 腐蚀检测的发展趋势  17-18
  1.4 本文的主要内容  18-19
第2章 交流阻抗法检测钢筋腐蚀  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 理论基础  19-23
    2.2.1 钢筋混凝土腐蚀机理  19-21
    2.2.2 交流阻抗法的基本理论  21-23
    2.2.3 交流阻抗法的评价  23
  2.3 微观原理  23-25
  2.4 基于表面测量的阻抗谱法  25-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章 钢筋混凝土界面阻抗的模型研究  28-38
  3.1 前言  28
  3.2 界面阻抗模型研究  28-37
    3.2.1 界面阻抗的等效电路  28-30
    3.2.2 阻抗谱分析  30-35
    3.2.3 基于Cole-Cole模型的界面阻抗模型简介  35-37
  3.3 本章小结  37-38
第4章 基于表面测量的阻抗谱法腐蚀模型  38-46
  4.1 探针排布方式选取  38
  4.2 表观阻抗谱模型研究  38-44
    4.2.1 半空间静电学模型  38-41
    4.2.2 边界条件  41-43
    4.2.3 表观阻抗谱模型的建立  43-44
    4.2.4 模型性质研究  44
  4.3 本章小结  44-46
第5章 电路模拟分析  46-66
  5.1 引言  46
  5.2 等效电路法  46-47
  5.3 基于表面测量的阻抗谱法等效电路  47-49
  5.4 等效电路分析  49-61
    5.4.1 阻抗计算  49-50
    5.4.2 模拟分析  50-61
  5.5 基于Cole-Cole模型的等效电路分析  61-65
    5.5.1 阻抗计算  61-62
    5.5.2 模拟分析  62-65
  5.6 本章小结  65-66
结论与展望  66-68
参考文献  68-73
攻读学位期间发表的学术论文  73-74
致谢  74

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 各种桥梁 > 桥梁:按材料分 > 钢筋混凝土桥
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