粘贴加固混凝土氯离子扩散的理论模型和数值模拟

基于物质非稳态扩散理论,采用现有研究对Fick第二定律的修正方法,并将粘贴加固考虑为对氯离子扩散方程边界条件的调整,提出可用于粘贴加固混凝土的氯离子扩散理论模型。利用ABAQUS、MATLAB PDE tool、MATLAB自编程3种方法均可对粘贴加固混凝土梁的氯离子扩散过程进行数值模拟。对比未加固与加固构件的氯离子扩散规律,发现粘贴加固可降低钢筋表面的氯离子浓度值,延缓氯离子浓度到达临界锈蚀浓度的时间,增加材料使用寿命,并且加固时间越早,增加寿命越长。     

混凝土中氯离子扩散时变多因素模型和服役寿命研究

为了研究温度、湿度等时变环境因素对混凝土中氯离子扩散和分布规律的影响,分析氯盐侵蚀环境下混凝土结构的服役寿命。通过分析各影响因素对扩散系数的影响,提出扩散系数的多因素修正模型,基于此,建立了混凝土中氯离子扩散与分布规律的时变多因素模型,并提出了多种扩散形式下的服役寿命计算方法。通过算例分析表明:建立的时变多因素模型的时变特性与传统模型的时变特性之间存在较大差异,所建时变多因素修正模型更合理;相对于矩形截面的构件,圆形截面的构件具有更好的耐久性,可以降低混凝土的配置和施工难度,进而减少建造和维护成本。     

粉煤灰和矿渣对表观氯离子扩散系数的影响

采用自然扩散法测定了普通混凝土、粉煤灰混凝土和矿渣混凝土在高浓度的氯盐介质中浸泡180 d后的自由氯离子浓度分布,定量探讨了粉煤灰和矿渣掺量对混凝土氯离子扩散系数的影响规律.结果表明:混凝土的氯离子扩散行为能较好地符合Fick第二扩散定律,而且粉煤灰、矿渣混凝土的表观氯离子扩散系数较普通混凝土要小.进一步分析发现,混凝土的表观氯离子扩散系数与粉煤灰、矿渣的掺量之间符合一元二次多项式关系.     

海洋环境混凝土中氯离子浓度预测的多系数扩散方程

综合考虑了影响氯离子扩散系数的时间效应、混凝土的氯离子结合能力、温度、劣化效应、应力与开裂状态、环境条件等因素,对基于Fick第二定律的扩散方程进行修正,得到了预测混凝土中氯离子浓度分布的多系数扩散方程,给出了解析解.通过浸泡试验和暴露试验对预测模型进行验证,发现预测值与实测值吻合较好,证明了预测方程的有效性.     

海水环境下钢筋混凝土结构使用寿命的预测

以菲克(Fick)第二扩散定律为基础，以氯离子侵蚀为主因，提出了海水侵蚀情况下钢筋混凝土结构物使用耐久寿命的预测方法，并经过算例验证说明该预测方法对于以氯盐侵蚀破坏为主的钢筋混凝土结构物有一定意义。     

修正的氯离子在混凝土中的扩散模型及其工程应用

通过参数定义对Fick定律的假定进行修正,推导氯离子在混凝土中扩散的多因素修正模型,综合考虑氯离子扩散系数的时随效应、混凝土的氯离子结合能力和混凝土自身缺陷对扩散过程的影响.经分析试算,给出模型中参数的取值.利用修正的扩散模型,推导定值法、基于概率性能和基于时变可靠度的混凝土结构工作寿命预测方法,并采用上述方法对一在建的实际工程进行寿命预测.结果表明,基于时变可靠度的预测方法不仅可以考虑氯离子扩散系数及混凝土保护层厚度的随机特性,而且可以方便地考虑环境变量的随机特性,通过调整目标可靠度得到的预测结果与定值法和基于概率性能的预测方法的结果相吻合.     

海工混凝土结构钢筋表面去钝化时间的预估方法

根据Fick第二扩散定律和有限差分原理,建立了综合考虑混凝土的氯离子结合能力、混凝土边界氯离子浓度的累积变化以夏氯离子扩散系数在服役期变化的预测混凝土氯离子浓度分布的理论模型,从而可以根据混凝土临界氯离子浓度算出海工混凝土结构钢筋表面去钝化时间．     

Fick第二定律的应用研究现状与展望

Fick第二定律通常被用来描述氯离子在混凝土中的扩散性质,对于Fick第二定律在钢筋混凝土结构寿命预测的应用,已经有许多学者对其进行了研究。本文总结了他们的研究成果,分别从Fick第二定律公式中的各个影响参数出发,对公式进行讨论,并且根据公式中各个参数的不确定性,提出了Fick第二定律应用发展方向,即应用随机微分方程理论建立随机模型。     

Fick第二定律的应用研究现状与展望

Fick第二定律通常被用来描述氯离子在混凝土中的扩散性质,对于Fick第二定律在钢筋混凝土结构寿命预测的应用,已经有许多学者对其进行了研究.本文总结了他们的研究成果,分别从Fick 第二定律公式中的各个影响参数出发,对公式进行讨论,并且根据公式中各个参数的不确定性,提出了Fick第二定律应用发展方向,即应用随机微分方程理论建立随机模型.     

基于耐久性极限状态的预应力混凝土构件全寿命维护成本优化研究

现行混凝土结构耐久性设计规范指出,与普通钢筋混凝土构件不同,预应力混凝土构件以预应力筋表面区域氯离子浓度达到临界阈值作为耐久性极限状态。针对预应力混凝土简支梁构件维护决策问题,结合已有模拟氯离子侵蚀进程的扩散模型,利用蒙特卡洛抽样及多项式拟合方法,建立预应力混凝土构件可靠度时变计算公式。进一步,采用虚拟役龄表征构件的耐久性状态,考虑质量检测工作精度、预防性防护、必要性维修等影响因子,建立基于全寿命成本理论的树形分析模型。通过计算不同预防性防护、检测周期、总维护寿命等多种工况下构件的可靠度和维护成本,与分别基于时间和可靠度指标控制的两类维护方案对比,表明本文提出的模型能在满足构件可靠度要求的前提下,提供更为合理的全寿命维护方案,为预应力混凝土构件的加固维护提供参考。     

不规则截面钢筋混凝土梁柱单元模型及应用

为了更好地研究钢筋混凝土梁柱结构的非线性力学性能,建立考虑材料非线性和几何非线性耦合的钢筋混凝土梁柱单元模型.基于杆件分析的平截面假设和截面高斯积分法,应用钢筋和混凝土材料本构关系非线性,推导出不规则截面钢筋混凝土梁柱单元的截面刚度矩阵,进而通过虚功原理建立钢筋混凝土梁柱单元切线刚度矩阵;并采用弧长增量迭代法求解非线性方程组,编制不规则截面钢筋混凝土梁柱结构的数值分析程序.对规则和不规则截面钢筋混凝土框架进行了非线性全过程分析,理论分析结果与试验结果比较,吻合较好.表明所建立的钢筋混凝土梁柱单元模型适用于钢筋混凝土梁柱结构的非线性力学分析;由于采用截面高斯积分法,对不规则截面的梁柱结构计算显得十分便捷.     

Reliability-based service life prediction of existing concrete structures under marine environment

Chloride-induced corrosion of the reinforcement is considered as one of the major mechanisms resulting in the reduction of structural resistance of reinforced concrete structural elements located in marine and other aggressive environments. A study of reinforced concrete structures located at the Fangcheng dock in the Beibu Gulf port, China, was present. The result from field survey indicates that the concrete cover depth and chloride diffusion coefficient fit best normal distribution and lognormal distribution, respectively. The service life of structure is about 55 a, while initiation time is 45 a. Sensitivity analysis indicates that the most influential factor of the structure service life prediction is concrete cover, followed by diffusion coefficient, diffusion decay index, critical chloride concentration, surface chloride concentration, current density and localized pitting corrosion. Finally, the effects of diffusion decay index and critical chloride concentration on structure service life prediction are discussed.     

预估混凝土氯离子分布的新方法

氯离子侵蚀引起钢筋锈蚀是沿海地区钢筋混凝土结构失效的一个主要原因.目前在应用Fick定律进行氯离子扩散分析时,一般不考虑混凝土对氯离子的固化作用以及扩散系数在服役期间的变化.本文基于Fick第一、第二扩散定律,提出了一种简单而可靠的推算氯离子质量分数的方法.该方法考虑了混凝土对氯离子的线性固化,以及扩散系数在服役期间的变化.根据一个自然环境中对混凝土试件现场氯离子质量分数试验的数值分析发现,混凝土中的氯离子质量分数随服役时间的增加而增加,随扩散深度的增加而减少.氯离子扩散系数是一个随时间、扩散深度和氯离子质量分数变化的变量.     

反复荷载下RC框架柱的非线性分析

提出了反复荷载作用下钢筋混凝土结构的非线性分析方法，程序中引入了混凝土平面等参单元、弹塑性钢筋单元和双向联结单元，还引入了检验材料破坏及其破坏时的不平衡力重分布等功能，采用了片状裂缝模型，以混合型的初始刚度法与切线刚度法进行非线性选代计算。并对试验ＲＣ框架柱进行了反复荷载下的计算分析。     

基于相对信息熵的混凝土结构寿命预测方法

将相对信息熵引入多重环境时间相似理论（METS）,提出一种更可靠的沿海混凝土结构寿命预测方法.氯离子侵入模型基于Fick第二定律,考虑氯离子扩散系数和表面氯离子质量分数的时间变异性.通过Monte-Carlo数值模拟方法对新建沿海混凝土结构在具有给定目标可靠度情况下的使用寿命进行预测.以某跨海大桥为研究对象,选取处于相似环境的某码头为参照物.综合参照物现场检测信息和室内加速试验信息,得到室外暴露环境下研究对象耐久性劣化参数的估计值.在耐久性极限状态目标可靠度为2.3的条件下,研究对象使用寿命的预测值为122 a,满足设计使用寿命100 a的要求.     

全时域初值推进边界元法分析氯盐侵蚀下混凝土结构服役寿命

通常采用的分时段逐步推进边界元法在分析氯盐对混凝土的侵蚀问题时存在缺陷。为此,研究建立了全时域初值推进边界元法,据此计算了氯盐侵蚀环境中钢筋混凝土结构的服役寿命,分析了氯离子扩散维数对混凝土中氯离子浓度和服役寿命的影响。研究了分时段逐步推进边界元法计算氯离子扩散时产生问题的原因。算例结果表明：混凝土中氯离子扩散的维数将直接影响到混凝土结构的服役寿命,必须在设计中加以考虑。而且,全时域初值推进边界元法可以消除混凝土中氯离子扩散域内的积分项,避免域内离散,因此与分时段逐步推进边界元法相比,能够简化计算格式,提高迭代收敛过程的稳定性和计算结果的精度,减少计算耗时。     

氯盐环境下桥梁混凝土结构的腐蚀行为及破坏机理

为了解决氯盐导致钢筋混凝土结构耐久性破坏的问题,通过测试处于氯盐侵蚀环境中混凝土内部Cl-含量、pH值及含碱量的分布规律,探讨了氯盐对混凝土结构的腐蚀行为和破坏机理;揭示了氯盐侵蚀下钢筋混凝土曲线桥梁过早劣化的机理,并对此类病害的防治及治理提出了合理建议。结果表明：干湿循环条件下,大量Cl-侵入混凝土内部并且到达钢筋表面,造成钢筋锈蚀、混凝土胀裂,且随Cl-含量增加,混凝土PH值下降,含碱量增大;在含有Cl-的区域,混凝土PH值均降低;氯盐入侵后,增大了混凝土碱骨料破坏的可能性,混凝土内部孔结构发生了明显粗化。     

冻融环境下的混凝土经时抗压强度

随着服役龄期的增加,在役RC结构混凝土强度表现出多龄期退化特性。为研究冻融环境下混凝土抗压强度经时变化规律,采用超声-回弹综合法与钻芯抽样修正试验相结合的方式,对哈尔滨、吉林及其周边地区在役RC结构混凝土抗压强度进行现场实测。通过对获取的924组混凝土抗压强度数据进行归一化及归并处理,采用非参数检验确定混凝土经时强度概率分布函数,并对相关参数与服役龄期的相关关系进行回归分析。结果显示：冻融环境下,超声-回弹综合法的钻芯法修正时变模型满足线性变化规律;不同服役龄期下混凝土相对抗压强度均服从正态分布;混凝土相对抗压强度均值、标准差随服役龄期的变化规律可分别利用二次多项式模型与线性模型表征。