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荷载氯盐侵蚀耦合作用下混凝土构件寿命预测研究

作　者: 刘欣
导　师: 别社安
学　校: 天津大学
专　业: 水利工程
关键词: 氯盐侵蚀钢筋初锈时间裂缝宽度寿命预测 Monte-Carlo方法失效概率
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

钢筋混凝土结构是当今主要结构形式，它广泛地应用于港口和海洋工程中。在氯盐侵蚀环境下，随着使用时间的增长，大量的钢筋混凝土结构出现耐久性破坏。因此，对氯离子侵蚀环境下钢筋混凝土构件寿命进行预测成为钢筋混凝土耐久性设计和评估等急需解决的问题。然而实际工程中，荷载作用下的大部分混凝土结构都是带裂缝工作的，裂缝的出现又加剧了耐久性问题。据此，本文针对耐久性问题最为突出的氯盐环境中混凝土结构，建立恒定荷载与氯盐侵蚀耦合作用下钢筋混凝土耐久性寿命预测模型。首先，介绍了完整混凝土中传统的氯离子扩散模型并分析了模型中各参数的影响因素和统计特征。在此基础上采用抽样模拟的方法分析钢筋初锈时间的统计特征，发现其服从对数正态分布；通过对影响钢筋初锈时间的各参数进行灵敏度分析，发现表面氯离子浓度、临界氯离子浓度和保护层厚度对初锈时间影响显著。其次，分别建立了荷载-裂缝模型和裂缝-氯盐侵蚀模型。模型考虑了单一最大裂缝宽度对氯离子扩散系数的影响；此外还考虑了氯离子扩散系数随时间衰减的特性以及裂缝宽度随时间增长而逐渐增大的趋势。本文采用MATLAB软件建立基于有限差分法的二维氯离子扩散模型。然后，针对本文建立的荷载-氯盐侵蚀耦合作用模型对一工程实例进行计算，结果表明：氯离子在裂缝附近扩散较快，离裂缝较远的地方扩散近似为一维扩散；氯离子扩散系数随时间衰减的特性对氯离子的扩散影响显著。根据灵敏度分析结果发现：为了提高混凝土构件的使用寿命，可以考虑首先降低混凝土的水胶比，其次提高混凝土保护层厚度。最后，采用概率性方法即Monte-Carlo抽样法模拟开裂混凝土构件的失效概率随时间的变化。研究结果表明：保护层厚度对开裂混凝土耐久寿命的影响显著。本文还将概率性方法的计算结果与确定性方法作对比，发现基于确定性方法得到的耐久寿命明显大于基于概率性分析方法计算得到的结果，概率性方法的结果更偏于保守。本文基于传统扩散方程，建立了荷载-氯盐侵蚀耦合作用耐久寿命预测模型。所得成果能为海洋环境中混凝土结构耐久性设计提供理论依据。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 研究背景  8-11
  1.2 国内外研究现状  11-13
  1.3 本文的主要工作  13-14
  1.4 本课题的研究意义  14-16
第二章氯离子侵入混凝土的传统计算模型  16-28
  2.1 氯离子侵入过程数学模型及参数分析  16-21
  2.2 钢筋初锈时间的计算模型及随机分布  21-24
  2.3 参数灵敏度分析  24-27
  2.4 基于传统氯离子扩散模型的钢筋初锈时间统计特征总结  27-28
第三章荷载-氯盐侵蚀耦合作用下的钢筋初锈时间预测模型  28-43
  3.1 荷载-裂缝模型  28-33
  3.2 裂缝-氯盐耦合侵蚀模型  33-37
  3.3 裂缝-氯盐侵蚀模型的修正  37-40
  3.4 氯离子扩散方程有限差分法的 MATLAB 实现  40-42
  3.5 荷载-氯盐侵蚀耦合模型总结  42-43
第四章荷载-氯盐侵蚀耦合作用模型的应用及其数据分析  43-62
  4.1 模型的应用——工程算例  43-51
  4.2 参数灵敏度分析  51-53
  4.3 其他因素的影响  53-60
  4.4 模型参数分析总结  60-62
第五章基于可靠度理论的钢筋混凝土构件耐久性寿命预测  62-76
  5.1 可靠度理论及方法  62-66
  5.2 开裂混凝土的耐久性寿命预测  66-70
  5.3 计算实例和分析讨论  70-76
第六章结论与展望  76-80
  6.1 结论  76-78
  6.2 展望  78-80
参考文献  80-86
发表论文和参加科研情况说明  86-87
致谢  87

荷载氯盐侵蚀耦合作用下混凝土构件寿命预测研究

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