荷载与环境因素耦合作用下结构混凝土的耐久性与服役寿命

主要介绍了我国重大基础工程建设迅猛发展的大好形势,分析了国内外重大工程过早失效的典型事例及其对国民经济所带来的巨大损失,证明了提高重大基础工程的耐久性和服役寿命是建设中重中之重的重大举措.其中结构混凝土材料自身的耐久性是关键、是要害、也是核心.还论述了最大限度高效利用工业废渣来取代更多的水泥熟料是节能、节资、保护生态环境和走社会可持续发展的必由之路.重点讨论了如何预测结构混凝土和混凝土结构的耐久性和服役寿命,剖析了重大工程所处环境的多重性、复杂性及诸多损伤因素耦合的正负效应叠加及其交互作用,揭示了不同地区的工程均应综合考虑力学因素、环境因素及材料因素间的耦合作用及其加速工程损伤劣化的规律.为提高混凝土结构耐久性评价和寿命预测的安全性和可靠性,结合当今科研工作进行了分析.     

时变扩散系数对混凝土结构服役寿命的影响

基于氯离子二维扩散模型考虑混凝土氯离子扩散衰减系数及其随机性,计算了氯盐侵蚀下混凝土结构的可靠度及服役寿命。为克服传统可靠度敏感系数的缺陷,分析氯离子扩散衰减系数及其随机性对混凝土结构耐久性的影响,根据全微分公式导出了可靠度对随机变量均值和变异性的无量纲敏感系数。计算结果表明,忽略氯离子扩散系数时变性会导致显著地低估结构服役寿命,而不考虑衰减系数的随机性又会明显地高估结构耐久性能。敏感性分析结果表明,混凝土氯离子扩散衰减系数与混凝土保护层厚度对氯盐侵蚀下混凝土结构耐久性的影响占主导地位,并随着服役时间的增加,衰减系数的影响会超过混凝土保护层厚度。     

粉煤灰掺量对氯盐环境下高性能混凝土服役寿命的影响

鉴于粉煤灰掺量对混凝土的抗氯离子侵蚀及服役寿命有显著影响,开展了粉煤灰混凝土的氯离子快速扩散实验和解析研究,分析了粉煤灰掺量对混凝土的扩散系数、氯离子结合能力,进而得到对混凝土服役寿命的影响规律。通过建立敏感系数模型,开展了混凝土结构服役寿命对氯离子Freundlich等温结合模型的敏感性分析。据此研究粉煤灰掺量对混凝土服役寿命的影响机理。实验结果表明,粉煤灰掺量为50%时混凝土氯离子扩散系数最小,粉煤灰掺量为30%时氯离子结合能力达到最大。模型计算和分析进一步表明:尽管粉煤灰掺量既可以通过混凝土扩散系数,也可以通过氯离子结合能力对混凝土服役寿命产生影响,但前者的影响更显著。通过对Freundlich等温结合模型的敏感性分析发现,较之于混凝土的初始结合能力,混凝土对氯离子的远期结合能力对混凝土结构服役寿命的影响更大,但随着粉煤灰掺量的增加,该影响会不断下降。     

影响混凝土结构耐久性的因素及设计措施

近几十年来,混凝土结构因材质劣化造成失效以至破坏崩塌的事故在国内外频繁发生,用于混凝土结构修补、重建和改建的费用日益增大。因此．混凝土结构的耐久性问题越来越受到人们的重视。在设计混凝土结构时,除了进行承载力计算、变形和裂缝验算外,还必须进行耐久性设计。本文主要论述了影响混凝土结构耐久性的因素,并进一步提出提高其耐久性的设计措施。     

酸性气体作用下服役结构的时变可靠度

鉴于现阶段酸性气体作用对受力混凝土工作性能影响研究的匮乏,采用数值计算与实例相结合的方法分析了酸性侵蚀气体对服役钢筋混凝土结构可靠度的影响,给出了混凝土中和高度、混凝土损伤高度和截面尺寸的时变规律及其与时变可靠度指标的关系。并与一般大气环境条件对比,得到了酸性侵蚀介质对受力混凝土结构产生加剧腐蚀的定量结论。对侵蚀介质环境下的建筑结构可靠性设计提供了建设性理论指导。     

基于随机结构的延寿服役海洋平台管节点疲劳寿命可靠度预测方法

将延寿服役平台管节点在进行疲劳寿命可靠度预测的过程中视为随机结构,基于断裂力学疲劳模型,结合随机有限元法和复合随机振动理论,提出海洋平台管节点随机结构在随机波浪作用下疲劳寿命预测方法.通过算例说明了该方法的实用性和简便性,同时计算结果证明结构随机性会对疲劳寿命可靠度预测产生较大的影响.     

混凝土结构耐久性寿命评估影响因素敏感性分析

保护层厚度、CO2浓度影响系数、环境湿度、混凝土立方体强度等因素都影响了结构的耐久性寿命。本文运用灰色关联理论分析了单因素对结构预测寿命的影响,并分析了各影响因素对结构碳化寿命的敏感性。结果表明：保护层厚度、混凝土立方体强度、环境湿度增大可以使结构的寿命增加;构件所处年平均温度、CO2浓度升高、工作应力增大时其寿命成近似线性下降趋势;在各因素中保护层厚度、混凝土立方体强度对结构寿命的影响最大,因此在一定程度上可以通过增加保护层厚度及混凝土的强度来提高结构寿命。     

混凝土结构碳化寿命可靠度分析

探讨混凝土碳化机理及其影响因素,提出结构随机寿命概念.应用随机原理和可靠度理论,对混凝土结构碳化寿命进行耐久性可靠度分析,进而提出适合计算的碳化寿命预测方法.在取得现场实测有关数据后,考虑实际可靠度指标和耐久性失效多重标准,利用锈蚀开裂计算公式,对结构构件进行碳化可靠度分析,预测其剩余碳化寿命,可由定性分析和评估结构可靠性,升级为定量预测其剩余寿命.对混凝土结构耐久性失效准则的合理选择,是进行耐久性评估与寿命预测的重要前提,并不存在一个规定不变的耐久性评估准则.以碳化程度为基础的耐久性失效准则,对于重要结构及其构件是适宜和可靠的.     

多因素影响下的混凝土结构耐久寿命预测方法

将影响混凝土结构耐久性的因素分为程度型指标和速度型指标,在对构件外观状况、裂缝宽度、钢筋锈蚀和承载力衰减进行耐久性评判的基础上,计算结构的耐久性劣化程度和劣化速度,提出一种混凝土结构耐久寿命预测方法.经实例计算表明,该方法计算过程简单,具有一定的工程推广意义.     

论混凝土结构的耐久性及其改善措施

混凝土是建筑工程中应用最广、使用最多的建筑材料之,强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标。由于混凝土结构材料自身和使用环境的特点,耐久性问题尤为突出。尽管混凝土结构的耐久性与诸多因素有关,但施工过程中的质量控制和质量保证是关键所在。本文基于影响混凝土结构耐久性的环境要素,就施工过程中结构设计和构造措施、混凝土原材料选择、配合比选配、施工工艺控制、养护的温度和湿度控制等方面探讨提高混凝土结构的耐久性措施。     

海洋环境下混凝土方桩使用寿命预测模型

基于Fick第二定律,建立了考虑扩散系数时变性、荷载对扩散系数影响和氯离子结合能力的氯离子扩散方程;通过求解扩散方程得到考虑多因素影响的混凝土方桩使用寿命预测模型;并分析了桩的保护层厚度、裂缝控制宽度、表面氯离子浓度和临界氯离子浓度等因素对桩的使用寿命的影响.分析结果表明:得到的氯离子扩散方程与实测数据吻合较好;对于设计使用寿命为50年的混凝土方桩,保护层厚度应大于45mm,桩身裂缝宽度不宜大于0.1mm.     

海工环境下预应力高强混凝土管桩使用寿命计算

针对海工环境中的预应力高强度混凝土(PHC)管桩,考虑离心分层,将其使用寿命分为诱导期和发展期.对诱导期氯离子输运进行计算,采用差分法对Fick第二定律进行解答,求解诱导期寿命,而发展期寿命采用弹性力学理论求解.计算表明,诱导期和发展期寿命与保护层厚度分别呈线性和指数变化关系,砂浆层厚度增大时,发展期寿命急剧减小,内部封闭可增大PHC管桩使用寿命3~4倍.通过对PHC管桩180d氯盐侵蚀实验,验证了诱导期计算理论的准确性.     

基于耐久性能的混凝土寿命预测方法研究进展

基于耐久性能的混凝土寿命预测方法对提升混凝土工程可靠性和寿命预测技术提供了坚实基础,为不同重大工程服役环境下混凝土的安全具有推动作用。本文以结构混凝土、道路混凝土和海工混凝土作为研究对象,讨论了现有基于碳化、酸雨腐蚀和疲劳情况下的结构混凝土、基于唯象理论、断裂力学理论和连续损伤力学理论下的道路混凝土以及基于菲克第二定律和Weibull分布下的海工混凝土的寿命预测模型。通过介绍不同模型的发展动态,总结不同服役环境下寿命预测模型的适用性,提出不同模型存在的问题,有效提高寿命预测准确度。     

钢筋混凝土结构耐久性设计研究与应用

对钢筋混凝土结构耐久性设计进行了初步研究,了解了耐久性设计的目的及方法.结果表明,在结构满足初始可靠度指标的情况下,结构耐久性系数既与预期可靠度指标的取值有关,也与结构在本地区的可靠度指标降低函数有关.     

Cl-环境下水库低涵进口混凝土结构使用寿命研究

以鲁家港水库低涵进口水室为研究对象,利用ANSYS软件建立了水室结构模型,模拟了Cl-在水室结构中的扩散过程,开展了基于钢筋锈蚀破坏的混凝土结构使用寿命预测研究.模拟结果表明,利用ANSYS软件对混凝土结构中的Cl-扩散过程进行模拟,能很好地反映出混凝土结构中不均匀浓度场的分布情况,再结合保护层深度的临界Cl-浓度,就能准确地预测出结构的使用寿命,为其他实际工程处理类似问题时提供参考和指导作用.     

郑州地区砖混结构房屋使用寿命分析

结合抽样调查数据,对郑州地区砖混结构房屋的使用寿命以及勘察设计、施工质量、人为损伤、构件老化和环境影响等因素对砖混结构房屋使用寿命的影响进行了分析。     

FRP筋及其增强砼的耐久性与寿命预测

讨论了一种新型纤维增强聚合物筋(FRP筋)的制备方法、性能特点、耐久性影响因素及性能劣化机理,分析研究了当前国外FRP筋及其增强砼的耐久性试验、耐久性设计及寿命预测方法,提出了目前FRP筋及其增强砼耐久性及寿命预测研究中存在的问题和改进的研究方法及思路,为我国开展FRP筋增强砼的耐久性研究和建立相应的寿命预测模型提供参考.     

海洋污损生物对海工混凝土工程腐蚀性分析

海洋环境的复杂性,特别是污损生物的长期附着作用,会对海工钢筋混凝土工程造成严重腐蚀。本文结合国内外现有的研究结果以及中科院海洋研究所早期的污损生物腐蚀相关实际工程研究,从海水/混凝土界面污损生物群落的形成,污损生物对混凝土表面涂层的破坏、对混凝土本体和钢筋可能的破坏过程等几方面,对污损生物附着和腐蚀作用机制进行深入探讨。海洋污损生物的群落附着机制复杂,对钢筋混凝土结构的腐蚀过程也呈多样化,有待深入研究。     

寿命期内钢筋混凝土连续梁体系可靠度分析

建立了一种基于概率和有限元的寿命期内钢筋混凝土桥梁性能演变分析方法.在重点解决材料力学性能退化、截面面积削弱以及结构整体力学性能演变等问题数值模拟方法的基础上编写了耐久性分析程序CBDAS;根据现有研究成果建议了结构性能演变分析中出现的主要随机变量的统计参数;结合CBDAS和Monte-Carlo模拟建立了钢筋混凝土桥梁时变体系可靠度分析方法.最后,以一座钢筋混凝土连续梁为对象,利用时变体系可靠度研究其在氯离子侵蚀作用下寿命期内的结构性能演变规律.