沿海水工混凝土结构表面防水技术

随着经济的高速发展,对外贸易的日益繁盛,中国沿海港口、码头在国民经济增长过程中扮演着重要的角色,但港口水工建筑物的桩基与码头长期处于浪溅区与大气区,占水体总含量3%的盐分会对基础建设部位的钢筋混凝土造成严重的腐蚀破坏。因此,针对上述所提出的问题,利用超疏水防护层机理,采用接触角、抗氯离子渗透以及吸水率试验的方法验证硅烷疏水剂性能的优劣。结果表明:硅烷疏水剂在混凝土表面形成的膜状物既能够有效疏水,又能够有效地和混凝土材料相结合,起到隔绝水的作用,从而有效地降低混凝土材料受Cl~-、SO_4~2-的腐蚀。     

腐蚀和疲劳耦合作用下Q345角钢拟静力试验研究

基于环境腐蚀和疲劳振动的相互作用,建立了腐蚀疲劳耦合损伤模型,分析Q345角钢力学性能在腐蚀疲劳耦合作用下的退化规律.利用目标地区年降雨时间统计数据建立环境腐蚀模型,并将能量耗散与疲劳裂纹扩展Paris公式相结合给出衡量疲劳损伤的演化模型.与此同时,为有效衡量腐蚀与疲劳之间的相互关系提出耦合因子,并基于该因子将腐蚀和疲劳的损伤模型相结合建立腐蚀疲劳耦合损伤模型.最后,对20根规格为70mm×5mm的Q345等边角钢展开拟静力试验,分析腐蚀、疲劳及其偶合作用对角钢承载能力和耗能性能的影响规律,建立各参数耦合损伤退化模型.结果发现:腐蚀疲劳耦合作用能显著促进构件损伤的发展,但现行设计规范和研究很少考虑这种影响;Q345角钢的承载能力、滞回曲线形状和循环次数等均随腐蚀疲劳耦合作用增加发生了明显变化,加速腐蚀12h和疲劳振动4.0×104次的耦合作用使延性系数和累积耗能参数的退化率比两者单独作用造成的损伤总和多11.1%和7.7%.     

氯化钠侵蚀混凝土力学性能的试验研究

为研究NaCl环境下混凝土力学性能的退化规律,采用实验室加速腐蚀的试验方法,利用质量分数分别为10%和20%的NaCl溶液对C30混凝土试件进行侵蚀,对腐蚀后混凝土进行了抗拉和抗压力学性能测试。采用强度退化率和应变能损失率为损伤指标,对不同腐蚀程度混凝土力学性能的退化进行分析。结果表明,强度退化率和应变能损失率可以很好地反映混凝土的受腐蚀程度。在腐蚀作用初期,两者略有降低;随着腐蚀时间的延长和腐蚀液质量分数的增加,两者逐渐增加。     

腐蚀混凝土单轴受压力学性能研究

对分别受酸、无机盐、有机物和微生物等腐蚀作用的混凝土试块进行了单轴受压试验,采用等应变率加载得到了混凝土的应力-应变全曲线.试验结果表明:受腐蚀混凝土由于腐蚀介质的物理化学作用,内部存在较一般混凝土更多、分布更不均匀的初始缺陷,导致弹性模量、峰值应力和残余变形能力降低,降低程度受腐蚀程度影响.腐蚀越严重的混凝土,加载过程中剥落现象越严重,且主裂缝发展迅速,发育显著,而其他裂缝发展不明显.引入初始损伤因子表示腐蚀作用,应用损伤力学理论和概率统计方法建立了腐蚀混凝土单轴受压本构关系模型,所建模型与试验结果基本一致.     

高桩墩式及栈桥式码头在规则波掀动船舶撞击下受迫振动的动力分析

码头前停靠的船舶在规则波掀动下,将周期性地撞击码头,迫使结构产生受迫振动.该问题是沿海开敞水域中高桩码头结构的重要动力问题,而至今尚无较全面的直接研究.因此,本文在分析主要参数对动力影响的基础上,特建议一种近似的实用解法.假定高桩码头结构的计算模式为弹性桩基上的水平质量块.在船舶周期性的斜向、偏心撞击力作用下,质量块一般主要在水平面形成x_0、y_0、φ_0三个自由度的联合迫振.文中对各种有、无阻尼的迫振情况,导出了质量块动位移和桩顶动反力的计算公式,并通过算例的电算结果,对自由度的数目、单桩刚度的退化、附加水体质量和结构阻尼的大小等参数对动力的影响,进行了初步分析.文末得到了一些定性的结论.     

混凝土梁的应力腐蚀断裂实验研究

本文研究了带裂纹混凝土梁的应力腐蚀断裂问题。首先确定了混凝土材料在五种腐蚀介质作用下的腐蚀度;然后,在1％盐酸溶液和荷载应力共同作用下,进行了四点弯曲混凝土梁的应力腐蚀断裂实验研究,给出了应力强度因子K_1与腐蚀断裂时间t的关系式,并进行了若干讨论。     

高性能混凝土应力腐蚀影响因素显著性分析

混凝土的应力腐蚀破坏是影响其耐久性能的主要原因。利用自行设计的应力腐蚀加载试验装置，通过正交设计方法，研究了高性能混凝土在3分点加荷及腐蚀溶液耦合作用下抗折强度衰减规律，提出了应力腐蚀因子和介质腐蚀因子两项评价指标，根据方差结果分析了不同影响因素对高性能混凝土应力腐蚀试验结果的敏感性。结果表明，水胶比、粉煤灰掺量、腐蚀溶液对高性能混凝土应力腐蚀因子和介质腐蚀因子都具有显著的影响，但水胶比对其影响特别显著，而应力水平仅对应力腐蚀因子的影响具有显著性。因此，对配合比设计参数中的水胶比、外掺材料进行优化设计可有效地提高公路建设用混凝土的耐久性。     

考虑拉索抗力退化的斜拉桥体系可靠度评估

疲劳损伤和大气腐蚀作用致使斜拉索性能退化,影响斜拉桥运营期的安全水平.为了分析拉索抗力退化对斜拉桥体系可靠度的影响,建立了斜拉索抗力退化的串并联概率模型,提出基于机器学习的斜拉桥时变体系可靠度分析方法.以经典斜拉桥和某大跨度双塔混凝土斜拉桥为工程背景,研究了考虑拉索抗力退化的结构时变体系可靠度.研究结果表明:对于稀索体系的小跨度斜拉桥,随着斜拉索抗力的逐步退化,桥梁结构体系的主要的失效路径为由梁和塔的弯曲失效逐渐转变为由拉索腐蚀引起的拉索强度失效;当拉索抗力退化后的可靠度低于主梁关键截面可靠度时,结构体系可靠度将显著降低;对于密索体系的大跨度斜拉桥,在拉索疲劳和腐蚀共同作用下,该斜拉桥体系可靠指标将在29年降低到5.2.     

纤维增强聚合物加固混凝土结构耐久性能研究

外贴纤维增强聚合物(FRP)加固混凝土结构的应用时间不长,因此这种加固方法的耐久性能需要试验验证.通过快速冻融试验、碱化试验、浸水试验、湿热试验研究了腐蚀环境对纤维增强聚合物复合体力学性能的影响.试验结果表明,碳纤维增强聚合物(CFRP)的耐久性能较好,在各种暴露条件下,力学性能没有明显退化;而玻璃纤维增强聚合物(GFRP)的耐久性能略差,水环境、碱环境、湿热环境以及冻融循环对GFRP均产生了较大的影响.采用快速冻融循环试验和湿热试验,研究了腐蚀环境对FRP与混凝土粘结性能、FRP加固混凝土梁、柱受力性能的综合影响.结果表明:FRP与混凝土粘结性能下降较大,FRP加固混凝土结构具有较好的耐久性能.     

相对湿度对海水海砂混凝土环境下GFRP筋拉伸性能影响

通过建立相对湿度、混凝土孔隙溶液饱和度以及腐蚀反应速率之间定量分析方法，研究了环境相对湿度对海水海砂混凝土环境下玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋力学性能的影响规律.利用混凝土孔隙尺寸分布函数和孔隙溶液的表面张力公式建立了相对湿度与海水海砂混凝土孔溶液饱和度关系模型；假设孔隙液均匀弥散于混凝土，得到了氢氧根(OH^-)腐蚀离子浓度；借助蚀刻模型计算OH^-作用下GFRP筋的腐蚀速率和强度保留率；利用试验数据验证了分析方法的准确性.根据中国部分沿海城市的气候统计数据，预测了代表性环境温度和水灰比条件下，相对湿度对海水海砂混凝土环境中GFRP筋强度保留率的影响规律，相对湿度的增加促进了GFRP筋的性能退化.结合相关标准规定，得到了海水海砂混凝土环境下GFRP筋的相对湿度与使用年限关系曲线.     

钢筋腐蚀监测传感器设计与工程应用

基于钢筋腐蚀体积膨胀及光纤光栅测量应变的原理,设计了一种新型钢筋腐蚀监测传感器.通过室内加速腐蚀试验,建立了传感器信号与钢筋腐蚀率的定量关系;采用多目标优化方法,进行钢筋腐蚀传感器的优化布置.将该传感器埋入某码头泊位混凝土结构中并进行了测试,室内试验和工程应用表明,该传感器可用于混凝土中钢筋腐蚀监测.     

波浪荷载作用下外海桩基承台动力响应研究

海洋开敞式码头、海洋平台等外海桩基承台得到了越来越广泛的应用;本文分析了外海桩基承台动力响应研究的意义;基于ABAQUS软件中海洋工程模块的数值模拟,研究了波浪荷载作用下外海桩基承台的动力响应.     

海水环境下碳纤维复合材料混凝土的强度试验

为研究碳纤维复合材料(CFRP)对腐蚀防护的效果,采用实验室加速腐蚀的试验方法,利用人工海水对2种不同强度等级的CFRP混凝土小柱分别采用不同加固方案进行侵蚀,并对腐蚀后的试件进行抗压力学性能测试.采用强度及其退化率来考察腐蚀程度、混凝土强度等级及加固形式对试件抗压性能的影响.结果表明,CFRP具有良好的腐蚀防护效果,可改善试件力学性能,且加固方案对腐蚀防护具有一定的影响.     

盐沼泽环境下公路桥梁桩基材料耐腐蚀试验

为解决盐沼泽环境下桥梁桩基础混凝土材料的耐久性,通过分别埋置在现场地表、水中、地下0.25m深和地下1.25m深的13个不同配合比的混凝土试件,历时360d的自然条件盐碱腐蚀环境下公路桥梁桩基混凝土材料腐蚀试验,系统地研究了掺和料(粉煤灰、矿粉、硅灰、膨胀剂、水泥基自愈合防水材料)种类及阻锈剂、抗硫酸盐水泥、钢护筒等对公路桥梁桩基混凝土抗侵蚀性能的影响,分别测试了混凝土立方体抗压强度和质量;采用扫描电镜、能谱仪和X衍射仪对混凝土进行微观分析,进而揭示其内部腐蚀机理;并提出混凝土抗侵蚀系数随龄期变化的回归公式。研究结果表明:埋置条件对混凝土抗侵蚀性能有一定影响,4种埋置条件中,放置在地表上的混凝土受侵蚀最严重,埋置在土中1.25m深处的混凝土腐蚀最轻,但不同混凝土试件略有差别;矿物掺和料的合理搭配能有效提高混凝土的抗侵蚀性能,其中矿渣应与膨胀剂掺和(CMP3),粉煤灰应与硅灰掺和(CMP7),水泥基自愈合防水材料应与硅灰掺和(CMP9);几种情况下360d内混凝土抗侵蚀系数均在0.85以上,具有较好的抗侵蚀性能;钢筋阻锈剂对混凝土的抗侵蚀性能有负面影响;所得回归公式可为混凝土耐久性的预测提供参考;腐蚀产物中发现了钙矾石、方解石、Friedel盐和硅灰石膏,这些腐蚀产物共同作用加速了混凝土的腐蚀;粉煤灰中活性成分Al_2O_3较高时,会加速钙矾石的生成,对混凝土不利。     

模拟工业废水对钢纤维混凝土的腐蚀试验研究

针对模拟工业废水环境以及工业废水-干湿循环耦合作用下钢纤维混凝土的抗压强度、抗折强度、尺寸效应等几个方面进行了试验,研究了工业废水环境下钢纤维混凝土的抗腐蚀性能.结果表明,高COD值工业废水将对钢纤维混凝土产生腐蚀劣化,钢纤维混凝土的抗压腐蚀系数和抗折腐蚀系数均随着试验龄期的增加而逐渐降低,其降低幅度随着试件尺寸的减小而增大;钢纤维对抑制混凝土抗压强度的腐蚀劣化作用不明显,但可有效抑制混凝土抗折强度的腐蚀劣化作用;在工业废水环境下经历干湿循环4个月以后,钢纤维混凝土抗压强度与抗折强度的腐蚀劣化开始显现,钢纤维的加入对混凝土抵抗工业废水干湿循环下的腐蚀能力有所提高;经历工业废水腐蚀后的小尺寸试件与标准试件之间的钢纤维混凝土抗折强度具有较为显著的尺寸效应.     

后张法预应力混凝土大直径管桩耐久性退化分析

通过室内试验获得后张法预应力混凝土大直径管桩耐久性退化的初始边界条件.通过现场取样获得耐久性退化状态信息,对在役1~17a的大管桩开展现场调研和桩身取样,测试取样混凝土的氯离子浓度剖面曲线.通过Fick第二定律数学公式建立了大管桩耐久性退化模型.根据对大量数据统计分析得到在役大管桩氯离子扩散系数等腐蚀参数,对比分析了桩身与桩帽混凝土氯离子渗透情况,给出了港口工程中大管桩耐久性退化规律,对大管桩耐久性设计、使用和维护提供理论与试验依据.     

桩基动态检测分析

提出的桩基动态检测方法可以诊断混凝土灌注桩的桩身质量.判断桩基混凝土的强度和桩长,根据应力波在传播途中遇到阻抗面时会产生反射波与透射波的原理,诊断桩基缺陷的类型,并用相关分析法确定了单桩允许承载力.     

深水桩基码头波浪力的计算

深水桩基码头波浪力的计算是一个实际生产问题.本文通过模型试验,分析了码头的受力状况,并归纳为反射、穿透、消能三种不同的波况,介绍了经验计算公式及有关系数.特别是当波浪穿透码头桩基部分时,本文按Morison理论,提出了以"海港水文规范"为基础的波浪水平力的简化近似计算方法.可供工程设计估算时参考.     

海洋环境下钢骨混凝土桥墩时变抗震性能分析

借助有限差分法确定考虑多重环境因素影响的钢骨混凝土桥墩内置钢材初始锈蚀时间,基于海蚀环境中纵筋截面面积和屈服强度时变退化公式,建立钢骨混凝土桥墩内部型钢力学性能劣化表征方法,基于OpenSees软件建立考虑腐蚀损伤的钢骨混凝土桥墩全服役期内有限元纤维模型。通过滞回分析及延性分析,了解和掌握全寿命服役过程中钢骨混凝土桥墩的腐蚀损伤和性能劣化机制,探究腐蚀现象对于耗能能力、延性、强度和峰值位移反应的影响规律。结果表明:保护层厚度显著影响锈蚀初始发生时间,型钢腹板性能退化程度对构件性能的影响程度远远小于翼缘。翼缘锈蚀开始后,桥墩抗震性能出现明显的退化现象。     

腐蚀老化对聚乙烯丙纶卷材搭接区抗拉性能的影响

针对腐蚀环境下聚乙烯丙纶防水层搭接薄弱区所存在的抗力性能退化问题,本文开展了聚乙烯丙纶卷材单片及搭接试件的人工加速腐蚀与静力拉伸试验,基于材料力学与损伤力学基本原理,分析了腐蚀老化作用对搭接区黏结强度、有效变形及抗拉能力的影响,并构建了考虑搭接尺寸、工艺以及环境氧化侵蚀综合作用的聚乙烯丙纶防水卷材搭接区的有效变形计算模型。研究结果表明:腐蚀对聚乙烯丙纶搭接试件抗拉性能的影响远大于单片试件;腐蚀持续时间越长,试件搭接区黏结强度退化越显著;腐蚀引起搭接区黏结强度退化,造成其抗拉承载能力退化,引起其有效伸长率降低,最大降幅可达75%;通过对比理论与试验值发现,预测模型能够实现搭接区有效伸长率的精确预测。