海工预应力混凝土氯离子侵蚀模型及耐久性

总结分析了国内外有关混凝土中氯离子侵入模型的研究概况,针对海工预应力混凝土结构,讨论了影响氯离子侵入预应力混凝土的各种因素．考虑混凝土与氯离子间的结合能力,建立了预应力混凝土氯离子侵入数学模型．以混凝土保护层厚度、氯离子扩散速度以及表面氯离子浓度为主要参数,运用可靠度理论,建立了海工预应力混凝土结构耐久性可靠度分析模型．分析结果表明：应力状态下。混凝土的氯离子有效扩散系数是变化的,其中混凝土的拉应力会加快氯离子的扩散,而压应力则相反;同时从耐久性分析中可知,混凝土保护层厚度对氯离子侵蚀下的PC结构耐久性影响最大,表面氯离子浓度及氯离子扩散速度次之．     

海洋环境下混凝土中钢筋表面氯离子浓度的随机模型

分析了海洋环境下氯离子在混凝土中的传输机理及其随机扩散过程．将扩散系数作为随机数,混凝土表面氯离子浓度、保护层厚度作为随机变量,建立混凝土中钢筋表面氯离子浓度分布的随机模型,推导出钢筋表面氯离子浓度的均值和方差．算例结果表明,该模型的计算值较传统的Fick扩散定律更接近试验值,可用于预测海洋环境下混凝土中钢筋表面的氯离子浓度．     

氯盐环境混凝土结构服役寿命可靠度分析简化公式

考虑氯盐环境中氯离子侵入混凝土过程中的混凝土扩散系数、钢筋保护层厚度、临界氯离子浓度和表面氯离子浓度的随机性,建立了氯盐侵蚀下混凝土结构服役寿命的简化计算公式。简化公式比Monte Carlo抽样模拟方法和一次二阶矩验算点法更简便,无需迭代计算,且计算精度优于中心点法。由算例的计算结果可知,本文简化计算公式的计算精度满足实际工程中的精度要求,可以用于工程中氯盐混凝土结构的耐久性可靠度分析,具有较大的应用价值。     

干湿循环作用对非饱和锂渣混凝土氯离子扩散性能的影响

针对经受干湿循环作用下氯离子侵蚀致使混凝土耐久性劣化的问题,采用在不同环境相对湿度条件下浸泡和喷淋的方式模拟干湿循环作用,通过测定侵入混凝土试件内部不同深度的自由氯离子含量和氯离子总含量,借鉴生长曲线函数中的Hill模型,探讨了干湿循环作用下,锂渣的掺量、环境相对湿度以及侵蚀氯盐质量分数等因素对混凝土氯离子扩散性能的影响。研究结果表明:干湿循环作用下,随着环境相对湿度的降低和侵蚀氯化钠溶液质量分数的增大,侵入混凝土内部的氯离子总含量达到阀值所需要的时间逐渐延长。锂渣替代水泥20%时,Hill系数n值最小,侵入混凝土内部氯离子总含量达到阀值所需要的时间最长。锂渣混凝土内部取样深度1~5mm时,自由氯离子含量排序为(RH=40%条件)(RH=80%条件)(RH=60%条件)(RH=100%条件)。干湿循环作用下,混凝土内部的氯离子总含量并不随着相对湿度的递减而单调增加。     

干湿循环作用对非饱和锂渣混凝土氯离子扩散性能的影响

针对经受干湿循环作用下氯离子侵蚀致使混凝土耐久性劣化的问题,采用在不同环境相对湿度条件下浸泡和喷淋的方式模拟干湿循环作用,通过测定侵入混凝土试件内部不同深度的自由氯离子含量和氯离子总含量,借鉴生长曲线函数中的Hill模型,探讨了干湿循环作用下,锂渣的掺量、环境相对湿度以及侵蚀氯盐质量分数等因素对混凝土氯离子扩散性能的影响。研究结果表明:干湿循环作用下,随着环境相对湿度的降低和侵蚀氯化钠溶液质量分数的增大,侵入混凝土内部的氯离子总含量达到阀值所需要的时间逐渐延长。锂渣替代水泥20%时,Hill系数n值最小,侵入混凝土内部氯离子总含量达到阀值所需要的时间最长。锂渣混凝土内部取样深度1～5 mm时,自由氯离子含量排序为(RH=40%条件)(RH=80%条件)(RH=60%条件)(RH=100%条件)。干湿循环作用下,混凝土内部的氯离子总含量并不随着相对湿度的递减而单调增加。     

干湿循环作用对非饱和锂渣混凝土氯离子扩散性能的影响

针对经受干湿循环作用下氯离子侵蚀致使混凝土耐久性劣化的问题,采用在不同环境相对湿度条件下浸泡和喷淋的方式模拟干湿循环作用,通过测定侵入混凝土试件内部不同深度的自由氯离子含量和氯离子总含量,借鉴生长曲线函数中的Hill模型,探讨了干湿循环作用下,锂渣的掺量、环境相对湿度以及侵蚀氯盐质量分数等因素对混凝土氯离子扩散性能的影响。研究结果表明:干湿循环作用下,随着环境相对湿度的降低和侵蚀氯化钠溶液质量分数的增大,侵入混凝土内部的氯离子总含量达到阀值所需要的时间逐渐延长。锂渣替代水泥20%时,Hill系数n值最小,侵入混凝土内部氯离子总含量达到阀值所需要的时间最长。锂渣混凝土内部取样深度1~5mm时,自由氯离子含量排序为(RH=40%条件)(RH=80%条件)(RH=60%条件)(RH=100%条件)。干湿循环作用下,混凝土内部的氯离子总含量并不随着相对湿度的递减而单调增加。     

电阻率法计算内养护混凝土氯离子扩散系数

基于Nernst-Plank方程,引入构成因子的概念,分析了混凝土孔隙溶液离子组成和浓度对混凝土电导性的影响,建立了基于混凝土电阻率的氯离子扩散系数计算模型．通过混凝土电阻率测试试验,讨论了水胶比、内养护作用、养护条件对内养护混凝土电阻率及孔隙迂曲度的影响,并对比了自然浸泡试验得到的氯离子扩散系数．结果表明：低水胶比内养护混凝土有着更大的电阻率和孔隙迂曲度,养护环境中湿度的改变对混凝土电阻率和孔隙迂曲度的影响较小;电阻率法可以在一定程度上反映混凝土中氯离子传输性能的相对强弱,该方法得到的混凝土氯离子扩散系数与自然浸泡法得到的结果符合良好的线性相关关系．     

干湿循环条件混凝土内氯离子输运试验拟合与分析

为了进一步揭示干湿循环条件下氯离子在混凝土中的输运机理,对比分析全浸泡和干湿循环两种条件下的已有试验数据,分开考虑浓度扩散作用和孔隙吸附作用,对混凝土内氯浓度的分布与侵入深度和侵蚀时间的关系进行拟合,得到氯离子浓度随时间和深度变化的经验公式.比较不同水灰比及掺粉煤灰混凝土的试验数据与公式计算数据,拟合情况较好.该式在传统扩散模型基础上引入了孔吸附作用,更符合工程实际多种因素共同作用的情况.     

多因素腐蚀环境下混凝土结构的初锈时间模型及其可靠度分析

在Fick第二定律公式的基础上,综合考虑了时间、氯离子的结合作用、温度、湿度、劣化效应、预应力、保护层脱落以及氯离子的对流区等因素的影响,建立了氯离子的侵蚀模型,给出了侵蚀模型的数学解．在该公式基础上,对钢筋初锈时间的各参数作了敏感性分析,经研究发现,当温度、湿度与矿渣掺量变化相同的倍数时,温度对氯离子侵入的敏感性最强．最后基于Monte-Carlo理论,利用本模型计算了一座实桥的初锈时间概率及其可靠度。     

海洋环境要素综合影响下混凝土中氯离子的传输模型

为澄清多种海洋环境要素对混凝土氯离子侵蚀的综合影响,在对混凝土氯离子侵蚀机理分析的基础上,建立了日照、潮汐、气温等海洋环境综合影响下的混凝土氯离子传输计算模型.该模型在传统对流-扩散模型中增加了ASHRAE晴空日照模型,并考虑了潮汐水位的周期变化导致的干湿两个过程中水分扩散以及水-土界面扩散等边界条件的差异,采取氯离子相对孔隙液的浓度作为控制指标,运用有限差分法,对海上混凝土结构全生命周期内的温度场、湿度场、氯离子浓度场进行动态耦合计算.通过试验实测数据对各模块计算结果进行验证,吻合良好.该模型对于海工混凝土的耐久性设计具有参考价值.     

混凝土抗氯离子渗透性试验方法

为配合《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GBJ82-85)的修订,促进对混凝土抗氯离子渗透性试验方法的了解与交流,对国内外混凝土抗氯离子渗透性试验方法及标准进行了充分的调研.详细调查了国内外混凝土抗氯离子渗透性试验方法和测试技术的标准规范,比较了各种试验方法或测试技术的原理和适用范围,并分析了各种试验方法的优缺点.混凝土的抗氯离子渗透性是其耐久性的重要指标之一,建议在《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中补充混凝土抗氯离子渗透性试验方法.     

混凝土保护层锈胀裂缝扩展的仿真分析

基于均匀锈胀理论,得出保护层裂缝贯通时锈胀力的计算方法,运用有限元分析软件FINAL建立模型,通过分步加载的方式对模型的破坏过程进行仿真计算.以某混凝土简支梁为例建立二维有限元模型,得出模型由初始开裂到贯通时的裂缝发展图以及最大主应力图,通过分析可以得知初始裂缝发生于钢筋与混凝土的交界面处.计算分析不同保护层厚度对裂缝发展的影响,结果表明,保护层初裂时的荷载基本一致,保护层厚度的增加能够有效减缓裂缝的贯通.提高混凝土等级研究裂缝的发展,结果表明混凝土等级的提高对抑制裂缝的发展同样有益.本文所得结论对于钢筋混凝土结构耐久性研究有重要的参考意义.     

地方气候环境下氯离子扩散系数的研究

介绍氯离子对混凝土耐久性的影响及氯离子扩散模型,分析混凝土中氯离子来源、氯离子扩散机理,指出了确定氯离子扩散系数时所遇到的问题.结合地方气候环境,建立水灰比、温度、湿度、时间对扩散系数影响的四维扩散系数模型,并将四维模型改进为有利于工程应用的二维模型,通过实例说明模型的有效性.     

对流效应对氯离子侵蚀混凝土过程的影响

氯离子侵蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要原因之一.为预测氯盐环境下混凝土中氯离子的概况,建立了多相耦合的氯离子侵蚀模型,模型中考虑到了非饱和条件下氯离子以扩散和对流两种方式传输.基于此模型,利用数值模拟手段探讨了对流效应对氯离子侵蚀混凝土过程的影响.分析结果表明:不仅扩散而且对流效应也对氯离子侵蚀混凝土过程有着显著影响,可为混凝土结构耐久性评估与设计提供参考.     

弹体正侵彻混凝土厚靶的运动规律理论研究

为研究弹体正侵彻混凝土厚靶的运动规律,分别用修正的Mohr-Coulomb破坏准则和Gruneisen状态方程描述高速侵彻下混凝土材料的屈服行为和弹体材料的体积变形,并考虑弹体材料的侵蚀效应,建立了弹体正侵彻半无限混凝土靶的运动方程和混凝土响应描述方程.理论模型的数值解表明,当着靶速度较高时,混凝土的破坏特性和弹体的可压缩性对侵彻效果有较显著的影响.所发展的理论模型能够较好地预测高速弹丸的侵彻特性.     

高速弹体对混凝土拱形靶体的侵彻效应分析

混凝土拱结构由于其拱形受力特性,在高速弹体作用下其侵彻效应将与混凝土板梁结构存在一定的差异.为分析混凝土拱结构在高速侵彻荷载作用下的动力响应及侵彻效应特性,考虑弹体侵彻高加载率下混凝土的应变率效应,采用SPH-Lagrange耦合方法,建立了弹体高速冲击作用下的侵彻耦合模型,并且验证了该耦合模型对此类问题模拟的可靠性;同时采用该耦合模型研究了混凝土拱形靶体在高速弹体外拱及内拱冲击作用下的贯穿破坏发展过程,并分析了弹体侵入拱形靶体的非贯穿侵彻破坏效应.结果表明:拱效应对混凝土拱形靶体的侵彻破坏过程具有重要的影响;弹体从外拱侵彻引起拱形靶体的动力响应、破碎区深度以及弹体贯穿的残余速度均小于内拱侵彻.     

混凝土侵彻试验相似准则验证分析

提出了用混凝土侵彻模型试验代替原型试验的方法,建立并验证了混凝土侵彻试验的相似准则.基于相似理论,推导了包括材料、弹速、着角、几何关系等因素的混凝土侵彻试验相似准则.为了验证相似准则,进行了1发原型试验和7发模型试验.由于模型试验的弹速不够接近原型试验的弹速,在模型试验数据处理中引入了灰色系统理论,建立了最大侵彻深度灰色预估模型.通过模型试验相应弹速的灰色预估值与原型试验结果的相似对比及误差分析,说明模型试验能够满足要求.     

基于修正空腔膨胀理论的随进弹丸侵彻规律分析

针对串联随进战斗部中弹丸对预开孔靶的侵彻性能,基于经典的空腔膨胀理论解析模型,建立修正的空腔膨胀理论模型,对不同尺寸预开靶孔的弹丸随进性能进行了分析. 研究结果表明,预开孔深对改善弹丸综合侵彻性能有一定的限制,尽可能提高预开孔径是提高随进弹丸侵深、降低过载的有效方法. 所建立的解析模型得到实验的验证.     

修正的Mohr-Coulomb破坏准则在斜侵彻过程中的应用

以杆弹斜侵彻钢纤维混凝土靶的数值模拟为目标,将HJC模型嵌入了自主开发的动态有限元HVP3D程序中,提出了考虑拉伸破坏、应变率、压力和剪力影响的修正的Mohr-Coulomb破坏准则,模拟靶板的可能破坏情况,并和最大拉应力累积破坏准则的结果进行了比较,发现修正的Mohr-Coulomb破坏准则较好地反映靶板的破坏情况.同时将修正的Mohr-Coulomb破坏准则应用到带攻角的斜侵彻数值模拟中并与实验结果进行了对比.     

直喷式柴油机气缸内喷雾特性的研究

本文介绍直喷式柴油机燃油喷射和气缸内喷雾特性的统一计算模型。模型中考虑了喷油过程、气缸内气流运动和燃烧室结构等对燃油喷雾贯穿及分布的影响。高压油管内燃油运动用特征线法求解,喷雾过程用稳态射流理论计算,本文还对采用高速摄影技术研究柴油机气缸内喷雾贯穿作了讨论。