港珠澳大桥混凝土结构耐久性设计原则与方法

系统阐述港珠澳大桥跨海工程混凝土结构耐久性设计的原则与方法,首先介绍港珠澳大桥工程概况及120年使用年限的总体要求;根据工程的环境、水文地质数据分析工程场址条件下混凝土结构劣化的主要过程和因素;确定耐久性设计的控制过程为海洋氯离子侵入和表层混凝土碳化引起的钢筋锈蚀。针对耐久性控制过程,分析耐久性极限状态、构件使用年限、环境作用类别和程度以及裂缝控制宽度;然后建立针对港珠澳大桥工程场址条件的氯离子侵入过程设计模型,使用全概率方法校准的分项系数法完成针对不同时用年限、不同暴露条件下的结构耐久性参数和混凝土保护层厚度设计;最终确定用于港珠澳大桥混凝土结构120年使用年限的耐久性设计与质量参数。     

混凝土结构耐久性评定方法体系

长期处于侵蚀环境中的混凝土结构,因耐久性损伤及性能劣化,导致其实际使用寿命远低于设计使用年限,造成了巨大的经济损失和资源浪费.充分考虑了腐蚀环境的多样性以及混凝土结构耐久性问题的复杂性,在总结混凝土结构耐久性评估理论与方法及工程实践经验的基础上,提出了既有混凝土结构耐久性评定的原则与方法;针对一般环境、氯盐环境、冻融环境、硫酸盐环境等侵蚀环境,明确了既有混凝土耐久性评定的指标与技术要求,对既有混凝土结构耐久性极限状态与失效标准进行了界定;考虑耐久性损伤对混凝土构件刚度与承载力的影响,实现了从构件到结构耐久性的综合评定.对科学评价既有房屋建筑、道路桥梁、地下结构及工业建、构筑物的普通混凝土结构的耐久性能,准确预测既有混凝土结构的剩余使用寿命,制定合理的耐久性修复、维护对策具有重要的指导意义.     

港珠澳大桥设计技术标准研究——设计寿命的确定及对策

由于内地和香港地区的规范关于港珠澳大桥设计寿命规定有差异,在合理分析后确定大桥采用120年的设计寿命,为满足这一要求的主要对策措施包括设计寿命对应的荷载标准取值、合理的结构构造、强腐蚀海洋环境中的耐久性保证措施等.进而根据耐久性研究结果,对基本环境作用类别与等级、构件耐久性极限状态及设计使用年限、不同混凝土构件的主要控制指标及表面裂缝计算宽度限值、钢结构主要部件的防腐措施等内容进行了总结.     

基于破损形态控制的RC结构耐久性设计体系

混凝土结构的耐久性设计直接关切到结构耐久性能,目前结构耐久性研究还没有形成设计体系,仅仅局限于环境区划、材料制备及结构寿命的理论分析状态.通过对混凝土结构耐久性的分析,确定把破损形态作为混凝土结构耐久性极限状态的控制目标.本着结构全寿命设计理念,基于结构抗力与环境作用的时变性,提出了极限破损状态控制目标的结构全寿命、分阶段的耐久性设计体系,以期完善结构耐久性设计体系.     

混凝土桥梁耐久性设计规范的框架与理念

根据迄今国内外已制订的多本有关混凝土桥梁耐久性的设计规范的框架和内容组成,将它们区分为耐久性专用规范和包含有耐久性规定的桥梁设计规范两类;接着,讨论了我国几本耐久性专用规范的一般框架,比较了它们在设计使用年限和环境等级划分上的异同;其后,针对包含有耐久性规定的桥梁结构设计规范,进行了使用年限、环境等级划分及保护层厚度方面的规定比较,同时,阐述了欧洲DuraCrete的基于性能的耐久性设计理念及其量化设计方法;最后,探讨了混凝土桥梁耐久性设计规范的发展方向。     

混凝土结构的耐久性设计方法

长期以来，我国土建工程设计对结构的使用年限未给予足够重视，混凝土结构设计规范在结构耐久性要求上存在许多不足。环境作用下的混凝土结构耐久性设计应考虑多个方面的因素，包括设计使用年限，结构所处环境对钢筋和混凝土的腐蚀作用，耐久混凝土的材料选择与组成，减轻或延迟材料劣化的结构构造措施，保证结构耐久性的施工质量控制以及使用年限内的定期维修与检测等。对氯盐环境下的重要工程如桥梁和港工，还应选用适宜的计算模型进行使用年限的预测。     

《混凝土结构设计规范》修订简介(三)——混凝土结构的耐久性设计

强调了混凝土结构耐久性设计的重要性、基本原理及定性设计方法.根据修订规范介绍了:耐久性环境类别;对混凝土材料的耐久性能要求;防止材料劣化的技术措施;延长设计使用年限的方法;使用期的检测、维护要求.可以帮助设计人员理解和执行修订规范的耐久性设计.     

建筑、桥涵和水工三种混凝土结构设计规范比较

由于结构构件所处环境、结构可靠度要求以及使用特点等不同,各类混凝土结构设计规范存在很大差异。为了体现＂大土木＂的教育思想,分别从适用范围、工作环境、耐久性要求、材料性能、结构分析方法、素混凝土构件计算、构件承载能力极限状态设计、正常使用极限状态设计、预应力混凝土构件计算等几个方面,对我国的建筑、桥涵和水工三种混凝土结构设计规范进行了较为全面和详细的对比,并指出了之所以产生差异的原因,以供学习者和设计者参考。     

结构耐久性设计的混凝土保护层厚度

目前世界各国钢筋混凝土设计规范中的耐久性设计均通过一系列条文实现 ,无法确定目标使用年限 ,而且也无法表示不同措施对结构耐久性的影响程度是这种方法的主要缺陷。要改进这些缺陷 ,需在设计阶段明确结构使用寿命的要求 ,为此必须对结构构件抗力及适用性的衰减过程、极限状态、可靠性指标有一个明确的认识。在总结碳化钢筋腐蚀耐久性研究成果的基础上 ,提出了针对碳化钢筋腐蚀条件下钢筋混凝土构件中混凝土保护层厚度的要求     

钢筋混凝土结构基于耐久性劣化度的可靠性分析

结构耐久性的不足将引发其性能的劣化,并导致结构可靠度的降低。根据已建立的两种劣化度模型及极限状态法,以碳化深度和锈胀开裂两种不同的耐久性劣化度为指标,提出了混凝土结构使用寿命全过程可靠度的计算方法。结合工程实例,以荷载作用下的混凝土结构在碳化环境中的劣化问题为例,构建极限状态函数,基于两种劣化度模型,对其运用可靠度理论进行分析,得到了基于耐久性劣化度的结构可靠度求算方法。研究结果表明：可靠度与结构的混凝土保护层厚度及碳化速率的统计数值或钢筋锈蚀量密切相关。计算方法可为分析在役工程的耐久性提供参考。参14     

杭州湾跨海大桥混凝土结构耐久性解决方案

为了确保杭州湾跨海大桥混凝土工程达到100年设计使用年限,根据特殊腐蚀环境进行相应的混凝土结构耐久性研究和设计。结合当前现有研究成果,对海洋环境下钢筋混凝土结构的腐蚀破化特征和防护技术进行介绍。针对本工程混凝土结构的不同部位,提出混凝土结构耐久性多层次综合方案体系、海工耐久混凝土设计原则、耐久性关键指标与评估试验方法、施工及质量验收标准、混凝土结构基本防腐蚀措施和附加防腐蚀措施及其基于耐久性的相互协同解决方案,并通过建立耐久性无损监测系统和暴露试验站对混凝土结构的预期寿命进行预测评估。分析结果表明,对混凝土结构的特定腐蚀环境,提出耐久性解决方案是经济可行的。本研究对同类跨海大桥的耐久性设计与施工具有一定的参考价值。     

土建结构工程的安全性与耐久性

我国建筑和桥梁等土建结构的设计规范，在结构构件承载能力的安全性、结构的整体牢固性和结构的耐久性等方面的安全设置水准，总体上均低于国外同类规范。在调整结构安全设置水准的问题上存在着不同的见解。混凝土结构的耐久性是当前困扰土建基础设施的世界性问题，应当引起我国有关主管部门和设计施工单位的足够重视。土建工程的设计应有最低使用寿命的要求；对于重要公共基础设施和建筑物，在其使用期内应实施强制性的定期安全检测。要完善技术标准体系与管理体制，鼓励科技创新和技术进步。     

混凝土材料耐久性性能指标的探索与试验验证

混凝土耐久性设计已成为确保混凝土结构构筑物达到设计使用年限的前提和基础,本文从混凝土材料的反应原理与破坏机理出发,通过标准规范研究、试验检测,初步确定了混凝土耐久性设计需要考虑的性能指标,并通过试验检测论证了河南省郑州市陇海快速化通道混凝土的使用寿命。     

生产质量控制对混凝土耐久性的影响

工程质量事故鉴定过程中经常出现混凝土的强度指标合格,但构件破坏却比较严重的情况。在对某火电厂冷却塔淋水构件破坏的鉴定后得出的结构论是,混凝土施工时应严格执行相关的规范、规程、不仅强度应满足要求,混凝土耐久性也应满足设计要求。     

FRP配筋混凝土结构研究进展及其应用

在恶劣服役环境下,钢筋锈蚀是目前混凝土结构面临的主要问题。纤维增强聚合物(fiber reinforced polymer,FRP)筋作为一种新型材料,由于其具有轻质高强和优异的耐腐蚀性等特点,适用于替代普通钢筋以有效提升混凝土结构的耐久性能。基于近年来国内外已开展的相关研究工作,通过对FRP筋的基本力学和耐久性能、FRP筋与混凝土的界面黏结性能、FRP筋混凝土梁、柱、板等的受力性能研究及FRP筋在实际工程中应用的系统回顾与总结,认为FRP筋可以有效增强混凝土结构的性能,在工程建设中具有广泛应用前景,而对于构件的使用性能、耐久性能以及设计方法的研究方面还存在着不足,进而提出尚需深入研究的相关问题。     

混凝土结构等耐久性设计方法

针对混凝土结构耐久性能不均衡的现象,在混凝土等截面耐久性设计的基础上提出了混凝土结构等耐久性设计方法,并明确了该方法的定义。首先将结构进行分层模块化划分,基于等耐久性原则确定各层次的目标使用寿命,然后进行使用寿命设计,使各层次的耐久性使用寿命达到目标要求; 在构件截面层次上,对截面的角部采取措施避免截面角部钢筋提前锈蚀引起耐久性失效,实现截面的等耐久性。提出了结构分层模块化划分的规则和方法及基于等耐久性原则的目标使用寿命确定方法和过程; 对于耐久能力严重不足的部位(角部),将钢筋替换为不锈的纤维增强复合材料(FRP)筋,避免过早使耐久性失效,其余部位通过调整保护层厚度使结构达到等耐久性的要求。由于局部环境不同,同种类型的构件需要设置不同的保护层厚度才能实现等耐久性的目标。提出了等耐久性设计的总体过程及不同耐久性等级的使用寿命安全系数取值范围,并通过一个混凝土桥算例说明了截面和结构层次等耐久性设计过程。结果表明:等耐久性设计可以优化选择各类构件的耐久寿命,合理安排初始投资,减少大修次数,降低结构后期维修成本,延长结构寿命,实现混凝土结构的可持续发展。     

FRP筋增强混凝土结构耐久性能研究进展

一般认为在恶劣服役环境下,可利用纤维增强复合材料（FRP）筋替代普通钢筋,从而有效提升混凝土结构的耐久性能。但研究表明,FRP筋并非完全免疫于服役环境,其在腐蚀性环境下的耐久性能一直是困扰FRP筋在土木工程中应用的关键问题之一。文章从三个方面系统梳理了国内外关于FRP筋增强混凝土结构耐久性的研究进展：①在试验研究方面,从FRP筋自身、FRP筋与混凝土黏结以及FRP筋增强混凝土构件三个层次,对近几十年来国内外有关FRP筋增强混凝土结构耐久性能试验研究的进展进行系统的梳理;②在长期性能预测方法方面,对现有的各类FRP筋长期性能预测模型和理论进行梳理;③在设计方法方面,总结目前各国有关FRP筋增强混凝土结构耐久性的设计方法,比较了规范间的差异。文章梳理工作对提升我国FRP筋增强混凝土结构设计水平和推广FRP筋的工程应用,具有重要的参考意义。     

海底隧道衬砌混凝土耐久性研究

海底隧道不同于陆地隧道,由于它处在更加恶劣的环境中,耐久性问题尤为重要.耐腐蚀高性能海工混凝土材料的优化配制是增强海底隧道衬砌混凝土结构耐久性的关键.针对海底隧道衬砌混凝土的服役环境特点,提出了衬砌混凝土的强度及耐久性指标要求,并通过试配对不同水胶比、不同粉煤灰和矿粉掺量的混凝土开展了耐久性能试验,在结果分析的基础上,提出了耐腐蚀高性能衬砌混凝土的初步配合比设计原则.并对需要深入开展的海底隧道衬砌混凝土耐久性研究内容进行了展望.     

混凝土耐久性研究的现状和发展动向

目前,混土耐久性总是已起各国的重视,混凝土耐久性异常现象的主要原因包括混凝土材料、混凝土 生产与浇筑、结构设计与使用环境等多面,但更重要的是混凝土 耐久性的研究和设计长期以来都是建立在对混凝土渗透性进行评价的基础上,应提介将结构可靠度设计与混凝土耐久性设计相统一的作法。