混凝土结构碳化耐久性的分项系数设计法

混凝土结构耐久性设计中的一个重要方法就是概率极限状态设计法,这种方法根据描述耐久性劣化过程的数学模型,首先建立耐久性极限状态方程,再将环境作用与抗力作用的某个特征值与相应的分项系数代入极限状态方程,经验算就可在一定可靠度水准上得到耐久性设计参数的设计值。选用合适的设计参数是混凝土结构耐久性设计的关键问题,设计参数应具有明确的物理意义和容易掌握的统计规律,且易为设计人员所接受。根据理论与经验相结合的碳化深度模型,建立了考虑保护层厚度与混凝土强度两个随机变量的碳化耐久性的分项系数设计方法,提出了碳化寿命准则极限状态的目标可靠指标的建议值,计算确定了保护层厚度与混凝土抗压强度满足目标可靠指标的分项系数,由此给出了碳化寿命准则的耐久性设计表达式。该耐久性分项系数设计法适用于一般大气环境下任意设计使用年限的不允许出现钢筋锈蚀的混凝土结构,根据设计表达式可直接确定满足耐久性要求的保护层厚度与混凝土强度。     

受力状态下混凝土材料劣化模型与可靠性分析

通过分析试验数据,修正和改进了现有混凝土碳化深度预测模型中的应力影响系数和水灰比影响系数,并给出了基于可靠性分析的混凝土结构材料劣化寿命准则。分析表明：拉、压应力状态下,混凝土碳化速率分别得到促进和抑制,特别是随着拉应力水平的增加,碳化速率越来越快;通过可靠性分析可得,混凝土材料劣化概率与可靠度存在一一对应的关系,同时混凝土保护层厚度和应力水平对混凝土结构的寿命影响显著,在具有相同可靠度保障时,随着拉应力水平的提高或保护层厚度的减小,混凝土材料的劣化时间将缩短。     

氯盐环境下混凝土结构的耐久性设计方法

为了建立氯盐腐蚀环境下混凝土结构的耐久性设计方法,根据混凝土结构性能劣化的特点,在分析结构耐久性失效状态、可靠度设置水平、环境荷载及抗力影响因素的基础上,建立了钢筋初锈、保护层锈胀开裂及锈胀损伤达到最大限值这3种情况下的耐久性极限状态方程.基于结构可靠度设计理论,引入荷载和抗力变量的分项系数来反映结构耐久目标可靠指标的要求,建立了结构耐久性设计的分项系数表达形式.按照概率设计与分项系数设计具有相同可靠度水平的原则,给出了抗力分项系数的确定方法及不同耐久性极限状态下抗力分项系数的取值.     

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     

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。     

基于保护层施工偏差的预应力混凝土结构碳化耐久性研究

在一般大气环境中,混凝土保护层的碳化是导致结构钢筋锈蚀的主要原因.由于保护层厚度尺寸相对较小,因此保护层厚度的施工偏差对结构的耐久性将造成较大影响.基于预应力混凝土结构特点,建立其耐久性失效准则,并据此分析研究了保护层施工偏差对设计使用寿命内结构碳化耐久性失效概率的影响,为同类工程的耐久性设计、施工及质量控制提供了理论方法及依据.     

考虑全寿命性能和成本的碳化腐蚀下RC梁桥耐久性参数确定方法

发展了考虑时变温度效应的腐蚀开始时间模型和碳化腐蚀率模型,以混凝土保护层厚度、水灰比以及钢筋直径等参数为设计变量,建立钢筋混凝土(RC)梁桥耐久性设计全寿命概率成本模型。以寿命期内全寿命成本现值最小为优化目标、寿命期基于锈胀开裂的正常使用性能为约束条件,提出大气环境下RC梁桥全寿命耐久性优化设计模型,构建大气环境下RC梁桥基于成本-效益的耐久性参数确定新方法,为大气环境下RC梁桥全寿命过程耐久性设计参数确定提供了新的思路。计算发现RC梁桥的全寿命性能与钢筋的位置和直径有关。对于大气环境条件下受碳化腐蚀的RC梁桥,采用初始成本最优得到的耐久性设计参数不满足全寿命耐久性能要求。综合考虑全寿命成本和性能时,当保护层厚度为30mm和水灰比为0.45时,尽管考虑将来累积碳化腐蚀损伤效应,提高混凝土保护层厚度和混凝土强度不能降低全寿命成本,反而增加初始造价,不是成本效益比最优的耐久性设计对策。     

一般大气环境下既有混凝土结构的耐久性评定与剩余寿命预测

结构耐久性设计是针对拟建结构而言的,相对于拟建结构,既有结构已转化为现实的空间实体,环境条件也更为明确,这种根本性的转变使得既有结构的可靠性分析和评定具有其自身的特点,原设计采用的分析模型和参数可能不再适用于既有结构的可靠度分析。以混凝土保护层开裂作为耐久性寿命的终结标准,将混凝土立方体抗压强度与混凝土保护层厚度作为耐久性评定参数,结合混凝土结构服役期间的碳化深度与钢筋锈蚀深度的实测数据,研究了一般大气环境中既有混凝土结构的耐久性评定问题,提出了耐久性评定的接受准则,建立了基于可靠度的耐久性评定的实用方法,包括极限状态函数、剩余寿命评定表达式以及耐久性评定的分级原则,并通过算例说明了评定过程。该法为一般大气环境下既有混凝土结构的耐久性评定提供了参考。     

一般大气环境下既有预应力混凝土结构的耐久性研究

在一般大气环境中,混凝土的碳化是造成既有预应力混凝土结构耐久性降低的主要成因。基于既有预应力混凝土结构的腐蚀损伤特点,结合工程实例,考虑了一般大气环境下各耐久性影响因素如混凝土保护层厚度、混凝土碳化系数以及局部环境影响等的不确定性,通过MonteCarlo随机模拟,提出了基于初锈准则的耐久性概率评估方法,为一般大气环境下既有预应力混凝土结构的耐久性评估、再设计及维修加固提供了参考和量化依据。     

再生混凝土碳化模型与结构耐久性设计

通过分析现有模型并结合各国试验结果,建立了再生混凝土碳化深度的计算模型.在此基础上提出了极限状态法和分项系数法2种再生混凝土结构耐久性的设计方法,并对再生混凝土梁使用寿命进行了可靠度分析.结果表明:增大再生混凝土强度等级和再生混凝土保护层厚度可以明显提高再生混凝土构件的耐久性;受力状态、钢筋位置对再生混凝土构件的耐久性有重要影响.综合考虑再生混凝土中钢筋开始锈蚀对结构使用功能的影响程度和再生混凝土的不同受力状态,提出了上海地区再生混凝土构件中钢筋的最小保护层厚度.     

混凝土结构耐久性设计方法与寿命预测研究进展

由混凝土结构耐久性定义入手,首先评述现有的混凝土结构耐久性设计方法,提出耐久性设计的发展应结合结构全生命周期成本(SLCC)的理念;其次总结了结构耐久性的评估和寿命预测方法的研究现状,认为耐久性的评估与寿命预测需要研究确立反映结构使用寿命的耐久性指标,并建立基于动态评估方法的寿命评估体系;最后提出上述方面发展领域尚待解决的一些基本问题,包括:界定给定环境和使用要求下的混凝土结构耐久性失效极限状态;确定表征材料与结构耐久特征的指标与参数;建立耐久性动态检测数据分析理论等。     

混凝土结构耐久性控制区及设计参数的定量分析

现行规范的混凝土结构耐久性设计方法难以定量分析结构几何参数、环境作用等级、材料性能衰退等因素对结构服役寿命的影响。为此,针对氯化物腐蚀环境,提出了混凝土结构的耐久性控制区,并建立了混凝土结构耐久性设计参数的定量分析方法。首先基于混凝土中氯离子扩散补偿理论和结构几何外形建立混凝土结构的耐久性控制区模型;然后结合Fick第二定律,建立不同扩散维数下混凝土结构的耐久性定量分析模型,据此合理选取耐久性设计参数,并通过定量分析确定其取值。最后结合工程实例和设计规范对比验证了文中方法的有效性和适用性。研究表明,所提方法能够综合考虑混凝土结构几何外形及尺寸、环境作用等级、初始暴露龄期和材料性能衰退等因素对混凝土结构服役寿命的影响,可以有效克服现行规范耐久性设计方法中设计参数重复设置,不能有效反映材料性能衰退和结构几何外形的影响等不足。     

结构全寿命的耐久性与安全性、适用性的关系

在结构可靠度分析和设计中,尚未考虑耐久性对结构安全性和适用性的影响,缺乏相应的耐久性失效准则,对耐久性概念的认识还存在一定的分歧,针对上述存在的问题,从结构全寿命的角度出发,分析了安全性、适用性和耐久性三者的基本概念,明确了三者的基本内涵。通过分析影响结构抗力变化的各种因素,结构性能随时间变化的过程,指出在结构全寿命期内,不同的耐久性水平对结构安全性和适用性将产生不同的影响,三者之间是相互制约、相互影响的交叉关系,重新定义了结构的耐久性。提出了基于性能设计的耐久性极限状态设计新理念,同时指出性能极限状态设计可根据不同的耐久性要求,定义不同的耐久性极限状态,对同一结构构件,若采用不同的性能极限状态,结构的失效概率或使用寿命会有较大的差别。     

考虑施工需求的混凝土结构耐久性定量设计参数协调取值方法

由传统耐久性设计方法所确定的混凝土结构一维和二维扩散区的耐久性定量设计参数取值往往互不相同,导致混凝土的制备和施工浇筑存在困难。鉴于此,提出了考虑施工需求的混凝土结构耐久性定量设计参数的协调取值方法。首先考虑氯离子扩散系数的时变特性,推导了混凝土结构中一维和二维扩散区氯离子浓度分布的时变解析模型;然后分析了混凝土结构角部箍筋弯折对混凝土附加保护层厚度的影响,并依据不同扩散区耐久性定量设计参数的协调一致性要求,建立了箍筋协调弯弧内半径的计算表达式,进而提出了混凝土结构耐久性定量设计参数的协调取值方法,从而满足对于同一截面上具有不同扩散区的构件能够一次性完成混凝土浇筑的施工需求。分析表明,该方法基于箍筋协调弯弧内半径和耐久性定量设计确定混凝土结构的耐久性设计参数取值,使混凝土结构能够在规定的腐蚀环境作用下满足预定的设计使用年限要求,从而克服传统耐久性设计方法所存在的缺陷。     

氯盐环境钢筋混凝土构件服役寿命计算

根据混凝土构件承载力的耐久性退化作用,建立了腐蚀环境作用下混凝土结构的3阶段服役寿命理论模型:诱导期、退化期和破坏期;即钢筋表面的自由氯离子浓度达到锈蚀临界值的时间、混凝土结构的主要材料(混凝土和钢筋)达到其材料耐久性破坏的限值、混凝土结构的承载力降低到安全使用极限状态作为各阶段的时间节点.基于氯离子扩散计算模型、钢筋...     

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