退化结构时变可靠度分析

退化结构的检修问题都涉及时变结构可靠度的计算.对退化结构的时变可靠度,抗力必须表为随机过程.该文考虑退化结构功能函数随机过程,并考虑活载为连续随机过程、 Poisson过程以及Bernoulli过程,由之导出一个时段内的时变可靠度公式.以混凝土碳化引起的主筋锈蚀的公路桥T型梁为例,计算了这3种活载过程下的时变可靠度.算例表明,对相同的初始抗力,退化结构在设计使用年限的时变可靠度明显低于目标时不变可靠度.用作用和抗力的均值和方差在t时刻的瞬时值代入Cornell可靠度指标而计算的"时变可靠度指标"不反映可靠度.     

混凝土结构空间多尺度环境作用研究

在分析混凝土结构所受主要环境作用的基础上,借鉴国外环境作用在空间尺度上的划分方法,针对中国的气候环境,建立了混凝土结构的空间多尺度环境作用模型框架,包括全局环境、地区环境、工程环境、构件表面环境和构件内部环境五个尺度,并得到了空间多尺度环境作用数学模型.以环境作用中的大气温度为例,在考虑各尺度上不同环境条件影响的基础上,由全局环境尺度上的环境作用值开始,通过地区环境、工程环境以及构件表面环境尺度上的逐步调整,最终计算得到混凝土内部的环境作用值,为混凝土结构的耐久性评估和设计提供依据.     

日照作用下混凝土箱梁的温差代表值

日照作用产生混凝土结构的应力和变形直接影响到混凝土结构的可靠性和耐久性.为了确定混凝土箱梁温差分布规律,对一座具有100mm沥青铺装层的预应力混凝土梁桥箱梁进行了为期2年的温度效应的观测,在实测数据的基础上采用统计分析中假设检验和参数分析的方法对混凝土箱梁温度场的日照温差代表值进行了分析计算.计算结果表明:100mm沥青铺装层的混凝土箱梁夏季最大日温差服从参数为W(8.358 7,3.591 2)的W eibull分布;冬季最大日温差服从参数为W(3.958 0,2.720 7)的W eibull分布.依据长期观测数据提出了一种通过统计计算得到混凝土箱梁温差代表值的方法并计算出最大温差代表值.计算得到的最大温差标准值、频遇值和准永久值分别为17.3,17.0,15.9℃.     

应力状态下混凝土的碳化试验研究

进行了碳化环境下预应力混凝土试件的耐久性试验研究，阐述了在应力和碳化共同作用下的混凝土结构破损机理及规律．试件为无应力、弯曲受拉和直接受压的应力状态，采用加速碳化的试验方案．分别引进kws和χσ反映碳化深度与混凝土质量、强度和应力水平的关系，建立了应力状态下的混凝土碳化深度的多因素预测模型．结果表明：拉、压应力分别加快和减缓了混凝土的碳化速率，且应力越大；碳化速率的改变越大；χσ可以反映碳化速率的变化趋势．施加预应力能够控制混凝土裂缝的发展、消除或限制裂缝的宽度，因此，预应力混凝土结构的耐久性比普通混凝土结构的耐久性更好．     

考虑应力状态的二维混凝土碳化过程数值模拟

混凝土碳化过程的数值模拟为研究碳化机理、碳化影响因素、碳化过程与力的耦合作用等提供了新的定量分析工具.为定量分析应力状态对混凝土截面角部碳化发展的影响,建立了混凝土碳化过程的2维数值计算模型,使得混凝土组分、应力状态等影响可以得到定量考虑,并模拟应力状态下混凝土构件角部的碳化过程.详细介绍了这一模型的数值计算实现过程,研究了网格尺寸及时间步长对数值计算结果的影响.该模型数值计算结果与快速碳化试验和长期暴露碳化试验结果的对比验证了模型计算结果的准确性.最后,对某混凝土构件的角部混凝土碳化过程进行了数值分析.结果表明,混凝土截面角部双向碳化作用以及拉应力状态均会加速混凝土碳化,角部是整个构件截面碳化发展最为迅速的部位,其耐久性应当予以考虑.     

硫酸铵腐蚀环境下的混凝土碳化深度试验研究与应用

硫酸盐腐蚀是影响混凝土结构耐久性能的重要化学劣化因子之一。以赣南离子型稀土开采残留硫酸铵的环境问题为背景,通过实验室快速碳化试验研究硫酸铵溶液浓度对混凝土碳化深度的影响规律。结果表明:硫酸铵溶液浓度越大,相同强度等级的混凝土在相同碳化龄期的碳化深度与碳化速率越大。根据试验结果建立了硫酸铵腐蚀环境下混凝土碳化深度预测模型,对该环境下混凝土最小保护层厚度取值提出了建议。     

气候变化对RC结构碳化侵蚀可靠度的影响

气候变化引起的全球大气中CO2浓度的升高,加速了钢筋混凝土(RC)结构的劣化.针对《混凝土耐久性设计规范》中规定的碳化环境(Ⅰ类环境),评估了未来气候变化对中国RC结构在正常使用极限状态下时变可靠度的影响.研究显示:未来气候变化使中国RC结构的平均碳化深度增大20％～40％,降低了RC结构的碳化侵蚀可靠度.到2100年,混凝土结构耐久性设计规范中Ⅰ类环境下Ⅰ-A、Ⅰ-B环境作用等级的耐久性规定不能够适应气候变化对中国钢筋混凝土结构的耐久性影响.     

混凝土中钢筋锈蚀速率的时变模型

为确定混凝土中钢筋锈蚀速率随时间的变化规律,根据法拉第定律建立了钢筋锈蚀产物随时间的变化关系,在此基础上分析了钢筋锈蚀产物对混凝土孔隙率及混凝土氧气扩散性能的影响关系;建立了混凝土中钢筋锈蚀速率的时变模型.在恒温恒湿条件下,对钢筋锈蚀速率随时间的变化关系进行试验研究.试验结果表明:在其他因素不变的情况下,混凝土中钢筋锈蚀速率随时间的增长而逐渐降低,直至混凝土保护层开裂;时变模型所计算的钢筋锈蚀速率随时间的总体变化规律和试验结果所测试的总体规律基本一致,模型可以用来预测钢筋锈蚀速率随时间的变化规律.     

一般大气环境中混凝土桥梁长期受力性能分析

一般大气环境中混凝土桥梁性能衰变与碳化和受力作用引起的材料损伤有较大的相关性.为定量分析这两种作用对混凝土桥梁长期性能的影响,总结归纳了材料损伤的数学模型,建立了混凝土桥梁长期性能演变分析方法,并编制了相应的有限元程序.以一座预应力混凝土简支梁为分析对象,研究模型梁在一般大气环境下的长期性能演变规律.结果表明,碳化作用和受力作用均对桥梁长期性能产生明显的影响,使截面有效受力面积减少,结构受力性能衰变;综合考虑碳化作用和受力损伤时跨中断面的截面损失率、挠度和抗弯承载力退化均大于仅考虑碳化作用时的情况.     

再生骨料掺量对混凝土碳化性能的影响

为研究再生骨料掺量对混凝土碳化性能的影响,用不同再生骨料质量取代率为0、30%、50%的再生混凝土(分别记为RC0、RC30和RC50)分析不同取代率下混凝土碳化深度、抗压强度的影响规律,运用扫描电镜分析再生混凝土界面微观形貌在不同碳化时间下的变化,通过显微硬度仪对界面过渡区的显微硬度数值进行检测和分析,探讨碳化作用下再生混凝土微观结构与宏观性能的关系。结果表明：再生骨料掺量越大抗压强度越低,再生混凝土碳化深度越深;通过对比不同类型界面过渡区的抗碳化能力得出,老骨料老浆体界面>骨料新浆体界面>老浆体新浆体界面;再生骨料取代率30%的混凝土界面结构更密实;再生混凝土的微观结构与其宏观性能呈规律性变化,用界面过渡区宽度的变化表征宏观性能的规律更为准确。说明碳化对不同再生骨料掺量混凝土的界面结构优化效果不同,再生骨料掺量越大的混凝土抗碳化性能越差,且用微观结构的变化可以很好地解释宏观性能的变化。     

细观层面的混凝土碳化过程数值模拟

为在细观层面上研究混凝土碳化问题,首先建立了基于积累分布函数的三维球形骨料生成方法,分析了随机性对模拟结果的影响,对骨料最大粒径、最小粒径和体积分数的选取原则进行了讨论.建立了简化的混凝土碳化数值模型,分析了骨料对宏观层面混凝土碳化行为的影响.结果表明,骨料的稀释效应和扭曲效应将降低混凝土的碳化深度;骨料在水泥浆中的非均匀分布将导致宏观上混凝土碳化深度的非均匀性.     

机制砂掺量对自密实轻骨料混凝土碳化性能的影响机理

为探究机制砂掺量对自密实轻骨料混凝土碳化性能的影响及其变化规律,采用固定砂石体积法和改进的全计算法配制了5组机制砂掺量(0、30%、60%、80%、100%)的自密实轻骨料混凝土,并与2组机制砂掺量(0、100%)的自密实混凝土对比,测试了各龄期下混凝土的碳化深度,并通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)对比研究了自密实轻骨料混凝土和机制砂自密实轻骨料混凝土碳化前后的微观结构。结果表明：随着龄期的增长,混凝土碳化深度不断增加,但碳化速率前期较大,后期较小;机制砂的掺入能够细化孔结构,提高硬化浆体和骨料过渡界面区的密实度,轻骨料特有的内养护机制能够改善骨料水泥石过渡区界面结构,均可提高混凝土的碳化性能。最后,得到了关于机制砂掺量的自密实轻骨料混凝土碳化深度预测模型,可为机制砂自密实轻骨料混凝土耐久性预测提供参考。     

冻融和碳化作用对混凝土氯离子侵蚀的影响

对4种不同配比混凝土先后进行冻融循环(0,50,150次)、加速碳化(0,1,2星期)和氯离子侵蚀,以研究冻融、碳化作用对混凝土氯离子侵蚀的影响.通过压汞法和选择电极法分别测定不同作用后混凝土的孔径分布和氯离子含量及其毛细吸收变化情况.结果表明:冻融循环增大混凝土孔隙率,作为混凝土损伤的动力源,为氯离子侵蚀创造更为有利的条件;冻融次数越多,造成的氯离子侵蚀越严重;碳化反应破坏混凝土基体原有的过滤机制,并促进Friedel盐分解,使氯离子含量增多;冻融与碳化均不同程度增大混凝土毛细吸水性能,两者共同作用较单独作用时的氯离子侵蚀严重得多.对混凝土结构进行耐久性设计和使用寿命预测时,必须考虑和引进冻融、碳化及其他因素的复合作用.     

应力状态对RC梁混凝土碳化损伤及承载力的影响

为研究应力状态对RC梁混凝土碳化损伤及承载力的影响规律，制作了7根RC梁进行加速碳化环境与荷载耦合作用试验研究。将RC梁放入环境箱中，进行三点弯曲静力持荷条件下的7 d、14 d、28 d加速碳化试验，得到不同持荷时间下的RC梁受拉、受压不同区域的混凝土碳化深度，进一步开展加速碳化作用、加速碳化与荷载耦合作用后的RC梁三点弯曲试验，探讨应力状态时碳化深度对RC梁极限承载力的影响机制。结果表明：通过对RC梁受压、受拉区的混凝土碳化深度分析，发现压应力状态会抑制碳化反应的进行，而拉应力状态会促进碳化反应的进行，28 d后受拉区混凝土碳化深度比受压区增加了34.7%。混凝土碳化损伤导致抗压强度降低、钢筋锈蚀影响了试验梁的极限承载力，加速碳化作用28 d后RC梁的极限承载力下降了10.7%，加速碳化与荷载耦合作用28 d后RC梁的极限承载力下降了14.9%。     

近海大气环境下RC结构钢筋锈蚀程度预测

钢筋锈蚀是影响近海大气环境下RC结构使用寿命的重要因素之一。为研究近海大气环境下混凝土碳化与氯离子侵蚀双重作用对钢筋锈蚀的影响,对沿海地区不同龄期钢筋混凝土结构进行了工程实测,包括混凝土抗压强度、碳化深度、钢筋表面氯离子浓度及锈蚀深度。基于实测结果,拟合得到了混凝土碳化深度与抗压强度间的关系模型,建立了同时考虑混凝土碳化深度与钢筋表面氯离子浓度的钢筋锈蚀深度预测模型。在此基础上,利用Abaqus分析软件对不同龄期、轴压比的RC框架柱进行了损伤塑性分析,得到了锈蚀RC框架柱抗震性能随服役龄期与轴压比的变化规律。     

不同矿物掺合料对轻骨料混凝土抗碳化性能的影响

利用Ⅱ级粉煤灰、超细粉煤灰、磨细矿粉以及钢渣粉等量取代水泥,制备了轻骨料混凝土．并采用加速碳化试验和混凝土孔溶液pH值测试技术,研究了其碳化特性,分析了不同矿物掺合料对轻骨料混凝土抗碳化性能的影响机制．研究结果表明,掺II级粉煤灰和钢渣粉的试样各龄期碳化深度均高于基准样,且不同深度处的混凝土孔溶液pH值也低于基准样;而...