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一般大气环境下混凝土桥梁耐久性研究和维护策略优化

作　者: 邹娟
导　师: 邵旭东
学　校: 湖南大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 钢筋混凝土桥梁耐久性混凝土碳化钢筋锈蚀可靠指标维护策略优化
分类号: U445.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

钢筋混凝土桥梁结构在内部的或外部的、人为的或自然的因素作用下,随着服役时间的增加,结构的性能会逐步退化,从而使得承载能力下降,影响结构的安全和正常使用性能,缩短结构的使用寿命。本文从混凝土碳化引起钢筋腐蚀开始,研究一般大气环境下混凝土桥梁的耐久性,并对混凝土桥梁进行维护策略优化,主要做了以下几个方面工作:(1)从材料方面对混凝土桥梁耐久性开始研究,分析了混凝土碳化的机理和影响因素,总结预测混凝土碳化深度的随机模型;同时,对钢筋锈蚀的机理和过程进行分析,总结钢筋锈蚀的相关数学模型。(2)利用可靠度理论对混凝土桥梁结构进行耐久性分析,重点在于混凝土碳化可靠指标的计算以及保护层锈胀开裂可靠指标的计算,并对影响它们的因素进行分析,得出了混凝土保护层厚度越大,混凝土强度等级越高,碳化可靠指标和保护层锈胀开裂可靠指标下降越慢的结论。在此基础上,得到其由耐久性决定的碳化寿命和锈胀开裂寿命的计算方法。(3)桥梁在服役过程中,其可靠性能是一个动态的随机过程,本文研究了影响混凝土桥梁抗力不定性的因素以及桥梁抗力的时变性,建立桥梁基于概率的抗力模型和荷载模型,建立桥梁基于动态可靠指标的极限状态方程。并采用蒙特卡罗方法,考虑影响桥梁承载能力可靠指标的不确定性因素,编写相应的程序,计算混凝土实桥——窑背桥在无维护活动时基于承载力的可靠指标劣化曲线。(4)在窑背桥无维护活动时的基于承载力的可靠指标劣化曲线基础上,采用遗传算法,编写相应的程序,对混凝土桥梁的维护策略进行优化,旨在将有限的资金优化分配,使桥梁在整个服务年限内满足规定的使用性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 混凝土桥梁结构耐久性研究的重要性  11-12
  1.2 国内外耐久性研究现状  12-17
    1.2.1 国内外耐久性研究动态  12-13
    1.2.2 影响混凝土桥梁耐久性的因素  13-16
    1.2.3 混凝土桥梁耐久性研究的主要内容  16-17
  1.3 混凝土桥梁耐久性研究的趋势  17
  1.4 本文研究主要内容及整体思路  17-19
第2章一般大气环境下钢筋混凝土材料性能退化研究  19-33
  2.1 引言  19
  2.2 混凝土碳化的基本情况  19-22
    2.2.1 混凝土碳化机理  19-20
    2.2.2 混凝土碳化的影响因素  20-21
    2.2.3 防治混凝土碳化的措施  21-22
  2.3 预测混凝土碳化深度的随机模型  22-25
    2.3.1 混凝土碳化深度的概率分布  22
    2.3.2 预测混凝土碳化深度的随机模型  22-23
    2.3.3 随机模型中各项系数的确定  23-25
  2.4 钢筋锈蚀的基本情况  25-27
    2.4.1 钢筋锈蚀的机理  25-26
    2.4.2 钢筋锈蚀的条件  26-27
  2.5 钢筋锈蚀数学模型  27-32
    2.5.1 钢筋锈蚀的开始时间  27-29
    2.5.2 混凝土保护层锈胀开裂前钢筋锈蚀深度的计算模型  29-30
    2.5.3 混凝土保护层锈胀开裂时钢筋锈蚀深度的计算模型  30-31
    2.5.4 混凝土保护层锈胀开裂时间的确定  31-32
  2.6 本章小结  32-33
第3章混凝土桥梁基于混凝土碳化的耐久性研究  33-46
  3.1 引言  33
  3.2 基于可靠度理论的桥梁结构耐久性分析方法  33-39
    3.2.1 可靠性与耐久性的定义  33
    3.2.2 极限状态方程  33-34
    3.2.3 可靠度与失效概率及可靠指标  34-36
    3.2.4 可靠度计算方法  36-39
  3.3 混凝土桥梁结构的耐久性分析  39-44
    3.3.1 混凝土保护层厚度概率分布模型  39
    3.3.2 混凝土碳化可靠度计算  39-41
    3.3.3 混凝土保护层锈胀开裂的可靠度计算  41-44
  3.4 混凝土结构寿命的评估准则  44-45
    3.4.1 碳化寿命准则  44
    3.4.2 锈胀开裂寿命准则  44
    3.4.3 裂缝宽度与钢筋锈蚀量限值寿命准则  44
    3.4.4 承载力寿命准则  44-45
  3.5 本章小结  45-46
第4章混凝土桥梁基于抗力衰减的耐久性研究  46-56
  4.1 引言  46
  4.2 抗力模型  46-49
    4.2.1 构件抗力不定性因素  46-48
    4.2.2 构件抗力的时变性  48-49
  4.3 荷载模型  49-51
    4.3.1 恒载模型  49-50
    4.3.2 车辆荷载模型  50-51
  4.4 结构可靠度分析  51-55
    4.4.1 工程实例  52
    4.4.2 时变可靠度计算  52-55
  4.5 本章小结  55-56
第5章混凝土桥梁维护策略优化  56-73
  5.1 引言  56
  5.2 维护策略优化的实现基础  56-62
    5.2.1 混凝土桥梁基于耐久性损伤的维护措施  56-57
    5.2.2 遗传算法理论基础  57-60
    5.2.3 计算原理  60-62
  5.3 基于可靠度的混凝土桥梁维护策略优化  62-66
    5.3.1 维护模型  62-64
    5.3.2 遗传算法计算模型  64-65
    5.3.3 程序流程图  65-66
  5.4 结果分析  66-72
    5.4.1 单一维护活动下结果分析  66-70
    5.4.2 组合维护活动下结果分析  70-72
  5.5 本章小结  72-73
结论  73-75
参考文献  75-79
致谢  79

一般大气环境下混凝土桥梁耐久性研究和维护策略优化

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