酸性环境中骨料成分对混凝土桩的影响

为了探寻骨料成分对混凝土抗硫酸腐蚀的影响,进行4种骨料组合(青石+黄砂,青石+大理砂,大理石+黄砂,大理石+大理砂)的混凝土抗硫酸加速腐蚀试验。每天用浓硫酸调节溶液p H保持在0.95左右,试件采用直径×长度为100 mm×200 mm的圆柱体。通过对这4种骨料组合的12个混凝土试件,进行为期194 d的12次跟踪监测,测试计算得到腐蚀深度、长度、质量、吸水率、动弹性模量这5个指标。研究结果表明:粗骨料采用大理石,细骨料采用大理砂,硫酸腐蚀后,混凝土的腐蚀深度小,质量损失小,吸水率小;粗骨料采用青石,细骨料采用大理砂,硫酸腐蚀后,混凝土的动弹性模量降低小;细骨料对腐蚀深度、质量损失、动弹性模量的影响大于粗骨料的影响,粗骨料对于吸水率的影响大于细骨料的影响。     

复合胶凝材料的抗硫酸性能与腐蚀动力学分析

通过硫酸浸泡腐蚀试验,研究矿粉单掺、硅灰-矿粉双掺2种复合胶凝材料体系的抗硫酸腐蚀性能.以质量损失、酸消耗量和腐蚀深度等为测试指标,研究了硬化水泥石在硫酸溶液中的劣化性能.结果表明,硫酸溶蚀水泥石形成的疏松腐蚀层可避免内部水泥石与酸直接接触,具有减缓酸腐蚀的作用.根据不同腐蚀时间的腐蚀深度建立了硬化水泥石的酸腐蚀动力学方程d=Ktn,d和t分别为腐蚀深度和腐蚀时间,K和n为试验拟合指数.据此可推算水泥石一定腐蚀时期的腐蚀深度,为混凝土结构设计、维修和防护等提供参考.     

钢梁腐蚀相关性对钢-混组合梁桥体系可靠度的影响

服役环境中钢主梁的腐蚀本质上是一个随机过程,腐蚀深度随机变量既有时变性亦有空间性。现有测量方法只能获得单根钢梁腐蚀深度数据,尚不能明确结构体系腐蚀深度变量的联合分布模式,可能导致腐蚀结构体系可靠度计算模型失真。本文以某钢-混凝土组合梁桥为研究对象,首先建立了钢主梁腐蚀深度增长Gamma随机过程模型,并利用钢梁腐蚀深度实测数据对模型进行了验证;然后采用Kendall秩相关系数量化表征主梁腐蚀深度相关性,推导了腐蚀钢梁的时变抗力计算公式;最后基于Copula函数提出了考虑主梁腐蚀相关性的梁桥体系失效概率计算方法,对比研究了钢梁腐蚀相关性对钢-混组合简支梁桥体系可靠度的影响。研究结果表明：桥梁运营前期腐蚀相关性对梁桥受力性能影响较小,在运营中后期,中高程度的腐蚀相关性将会对梁桥体系的可靠度影响较大。研究提出了钢梁腐蚀空间相关性量化方法,获得了更精确的钢-混组合梁桥体系可靠度计算方法,可为组合梁桥体系的时变可靠度评定提供参考。     

桥梁缆索高强钢丝均匀腐蚀及点蚀的规律

为了研究桥梁缆索高强钢丝均匀腐蚀及点蚀的规律,采用酸性盐雾试验制作了6种共30根不同腐蚀程度的钢丝试件,通过质量分析、三维扫描等手段,研究了腐蚀高强钢丝均匀腐蚀深度、点蚀深度的演变规律.试验结果表明:均匀腐蚀深度随腐蚀时长的变化遵循幂函数规律,均匀腐蚀深度的变异系数随腐蚀时长减小;钢丝的点蚀深度服从正态分布,最大点蚀深度服从极值I型分布.最后,建立了均匀腐蚀深度与最大点蚀深度的预测模型,并运用于具体实桥分析预测中.     

电站烟囱混凝土硫酸腐蚀的数值模拟

研究了电站烟囱C30混凝土在80℃、质量分数为15%硫酸溶液浸泡条件下的腐蚀规律,根据Fick扩散方程和反应速率方程,提出一个简化的移动边界腐蚀模型.采用定时间步长和变坐标步长的差分求解方法,对移动边界腐蚀模型进行求解,并采用相应的人工腐蚀实验来对模型进行验证.计算结果表明,随着时间的推移,在固定的时间步长内移动界面的位移变缓,腐蚀深度随时间的延续而增加,符合腐蚀的变化规律.计算结果与实验数据有较好的吻合性,该模型可以用于混凝土在硫酸腐蚀下腐蚀速度的预测,指导实际的工程设计.     

混凝土单轴受压全过程变异性试验研究

为了研究混凝土在单轴受压作用下的全过程受力特征,通过对强度等级为C30~C60的60个混凝土棱柱体试件进行单轴受压应力-应变全曲线试验,得到了单轴受压作用下混凝土峰值强度、峰值应变、弹性模量和应力-应变全曲线的统计特征.根据混凝土结构设计规范(GB50010—2010)中的混凝土峰值强度变异系数,利用概率密度演化方法,获得了混凝土应力均值曲线和应力标准差曲线.通过与试验结果进行对比,认为仅用峰值强度的变异系数不足以描述混凝土应力-应变全过程的随机性,建议给出标准差曲线.     

基于概率密度演化理论的锈蚀钢梁时变可靠度分析

为了得到锈蚀钢梁时变可靠度,对9组试件分别开展了加速腐蚀试验和单调拉伸试验.测得了锈蚀深度三维坐标数据和锈蚀钢材名义屈服强度,统计分析了锈蚀深度和名义屈服强度概率模型.建立了锈蚀钢梁功能函数,结合概率密度演化理论得到了锈蚀钢梁时变失效概率和可靠指标,并与蒙特卡洛方法(MCS)计算结果进行了对比.结果表明:钢板表面锈蚀深度和名义屈服强度服从正态分布;随着腐蚀时间增加,锈蚀深度均值和标准差不断增大;随着失重率增加,名义屈服强度均值不断减小而标准差不断增大;概率密度演化方法与MCS计算结果较接近,说明本文提出的方法的有效性;锈蚀深度和强度的随机性对锈蚀钢梁可靠度影响较大.     

混凝土细观破裂过程的三维数值模拟及CT验证

应用 "被占领区域剔除"的思想,对原有的混凝土骨料三维随机分布的数值模型进行改进,提出了一种新的混凝土骨料三维随机分布数值模型建立的方法,并基于弹性损伤本构关系,采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化,用弹性模量的折减程度来反映混凝土试件在加载过程中的损伤程度.对混凝土圆柱体试件进行了数值模拟计算,并依据混凝土破坏过程图比较了数值模拟的破坏过程与CT试验结果,发现试件破坏时裂纹的萌生、扩展过程与CT观测到的过程具有相似性,表明该模型较好地模拟了混凝土的不均匀性与各向异性,证明建立该模型的方法是可行的.     

复杂荷载作用下短腐蚀管道的数值仿真研究

本文采用数值仿真的研究手段,建立了腐蚀管道在复杂荷载作用下的三维非线性有限元分析模型,对短腐蚀管道在复杂荷载作用下的灾变过程展开研究,评估了腐蚀管道剩余极限承栽力.讨论了管道腐蚀深度、腐蚀宽度、径厚比等参数对处于不同内压水平下的短腐蚀管道破坏模式和控制标准的影响.结果表明,腐蚀管道剩余极限承载力大小不仅与管道所受内压、轴向力和弯矩荷栽三者比例有关,同时还会受到腐蚀深度等参数不同程度的影响.     

电迁移加速氯盐传输作用下混凝土中钢筋锈蚀

采用电迁移氯离子法加速了混凝土中钢筋的锈蚀过程.应用腐蚀电位、线性极化法、电化学阻抗谱法和循环极化法对比了C50与C80混凝土试件中钢筋的锈蚀行为.比较了混凝土保护层的开裂情况和钢筋的腐蚀形貌.分析结果表明:掺硅灰的C80试件具有优化的孔结构和较大的电阻率,显著延缓了氯离子到达钢筋表面的时间,因而表现出较好的耐蚀性;而...     

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.     

基于随机场的非饱和土固结分析

基于随机场理论,采用协方差矩阵分解随机场模拟和蒙特卡罗方法相结合的方法,建立非饱和土固结的流固耦合随机有限元模型,研究弹性模量和饱和渗透系数的空间变异特性对非饱和土固结的影响.结果表明,弹性模量变异系数COVE对沉降的均值和标准差的影响都很大.COVE增大,沉降的均值和标准差相应增加,说明弹性模量的空间变异性可显著增大沉降预测的不确定性.弹性模量的竖向相关距离越小,空间平均效应越大,超孔隙水压力和沉降的标准差越小,尤其在土层厚度小于相关距离时影响较为显著.饱和渗透系数的空间变异性对非饱和土固结的影响较弹性模量小得多,且主要影响固结中间过程.     

基于Gamma随机过程的西部严酷环境下钢筋混凝土可靠性评估

针对西部盐渍土环境下钢筋混凝土结构服役寿命较短的问题,根据盐渍土地质环境设置由氯化钠和硫酸镁组成的复合溶液,制备不同强度等级的钢筋混凝土试件,将试件放置于溶液中进行长期浸泡,通过CS350电化学工作站对混凝土中钢筋进行长期跟踪研究,探究多因素腐蚀下钢筋混凝土腐蚀规律。根据实测的部分寿命数据建立Gamma随机过程模型并对剩余寿命进行预测。研究结果表明:钢筋混凝土抗腐蚀性能随强度等级的提高而提高。Gamma随机过程可以较为有效地描述混凝土中钢筋的腐蚀轨迹,采用该方法预测的钢筋混凝土剩余寿命是可行的。     

基于改进广义极值分布的核管道最大腐蚀深度预测

针对核管道腐蚀的环境复杂性和过程随机性问题以及极值分布模型选择不当所引起的拟合误差问题,采用广义极值分布模型预测核管道腐蚀深度的发展规律,并提出基于免疫遗传算法参数优化的核管道最大腐蚀深度预测及评估方法:对核管道取样管段上腐蚀深度进行统计分析,计算相应的累计概率;利用免疫遗传算法优化广义极值分布函数的统计参数,得到核管道最大腐蚀深度的概率分布函数;由小样本腐蚀深度预测整条管道的最大腐蚀深度ydi,并评估超过最大腐蚀深度ydi的概率.利用不同核管道腐蚀深度进行计算机预测仿真.研究结果表明:改进后的广义极值分布模型不会受限于样本极值数据的具体分布,具有较好的通用性,且模型参数寻优过程收敛速度快,拟合效果较理想.     

混凝土单轴压缩破坏过程的三维细观数值模拟

从细观力学的角度出发,将混凝土视为由骨料、砂浆及二者之间的界面所组成的三相复合材料,利用蒙特卡罗方法,产生骨料在试件中的随机位置,建立了混凝土圆柱体试件三维数值模型。进行单元划分,对试件中骨料、砂浆和界面单元的材料号进行自动识别及赋值。通过三个计算方案研究了混凝土单轴压缩下的力学性能及破坏过程,模拟了混凝土材料从裂纹的萌生、扩展、贯通直到宏观裂纹产生导致破坏的过程。结果表明,该数值模型及计算方法能够较好地反映混凝土在单轴荷载作用下的力学特性。     

混凝土损伤断裂的三维细观数值模拟

提出一种在细观层次建立混凝土三维随机骨料随机力学参数模型的方法.将损伤力学与计算力学相结合,基于ANSYS软件平台进行二次开发,建立2组混凝土立方体湿筛试件的数值模犁:第1组模型模拟3种不同的骨料随机分布;第2组模型模拟混凝土各相材料主要力学参数的随机性,分别假定其参数符合对数正态分布和Weibull分布.通过对这2组模型的轴压进行模拟,揭示混凝土在轴向压力作用下单元的渐进损伤和裂缝的萌生与扩展过程.研究结果表明:数值模拟得到的混凝土立方体抗压强度与试验测得的抗压强度较接近;骨料的随机分布会影响试件裂缝产生的位置和扩展路径,但其对试件承载力的影响不大;混凝土各组成相材料参数的非均匀性降低了试件的极限承载力,采用Weibull分布能较好地表征材料参数非均匀性的影响.     

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.     

硫酸盐介质腐蚀混凝土灌注桩的质量与强度演变

为模拟混凝土灌注桩在硫酸盐渍土环境中侵蚀劣化规律,开展了现浇混凝土试件硫酸盐侵蚀试验,并研究了现浇混凝土试件硫酸盐侵蚀劣化机制.与预制混凝土试件劣化机制进行对比,分析现浇混凝土试件与预制混凝土试件硫酸盐侵蚀劣化的异同.分析水灰比、硫酸盐溶液浓度对现浇混凝土试件耐久性的影响,通过质量变化率、抗压强度相对值分析现浇混凝土试件劣化规律.结果表明:混凝土质量和抗压强度均呈现先增加后减少的趋势;同一条件下,现浇混凝土试件最先出现了质量和强度损失,损失率分别为0.4%和15%;硫酸盐溶液浓度的增加对现浇混凝土试件劣化规律不明显,而混凝土水灰比越大,现浇混凝土试件更易趋于劣化.     

均匀腐蚀下防落梁钢圈限位装置力学性能

目的研究防落梁钢圈限位装置在不同均匀腐蚀率下的力学性能,建立腐蚀率与暴露时间关系式,提出均匀腐蚀下钢圈限位装置剩余承载力计算.方法以均匀腐蚀率为设计参数,设计4个试验试件进行单调加载试验,建立4组共20个有限元分析模型,得到均匀腐蚀下钢圈限位装置的力-位移曲线和最终破坏形态,并分析均匀腐蚀率对装置力学性能的影响.结果得出了工程常用的矩形截面钢材均匀腐蚀深度和均匀腐蚀后钢圈限位装置剩余承载力的计算方法.随着均匀腐蚀率的增加,钢圈限位装置的一阶稳定刚度K_1和极限承载力均呈现下降趋势;均匀腐蚀率对构件的二阶稳定刚度K_2和极限位移无明显影响.结论均匀腐蚀对钢圈限位装置的力学性能影响较大,矩形截面均匀腐蚀深度和均匀腐蚀后钢圈限位装置剩余承载力的计算方法降低了工程实际应用时的计算难度.     

碳纤维布加固对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响

正确评估FRP(Fiber Reinforced Polymer)加固对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响是确定FRP加固效果的重要问题之一.本文采用外加电流加速腐蚀法对96个预埋钢筋的试件进行腐蚀,腐蚀完成后横向包裹2层单向碳纤维布;通过拉拔试验研究了碳纤维布加固、钢筋种类、保护层厚度及腐蚀率对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响规律,探讨了拉拔破坏机理.研究表明:(1)碳纤维布约束使螺纹钢筋试件破坏模式由混凝土劈裂破坏转变为钢筋拔出破坏;(2)钢筋种类、保护层厚度是影响钢筋峰值粘结强度的主要因素,螺纹钢筋试件的峰值粘结强度约为光圆钢筋的2倍;(3)当实际腐蚀率小于5%时,碳纤维布约束对提高钢筋峰值粘结强度作用较小,腐蚀试件峰值粘结强度与未腐蚀试件峰值粘结强度之比(简称比峰值粘结强度)提高约5%—7%,但碳纤维布约束使拉拔全曲线下降段变得平缓,粘结应力维持在较高的水平;(4)当实际腐蚀率大于5%时,腐蚀试件的峰值粘结强度随着腐蚀率增大逐步降低.