混凝土结构耐久性的概率极限状态设计法

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.该法与我国混凝土设计规范的结构设计方法一致,其中的关键问题是选取描述耐久性劣化过程的数学模型与合适的设计参数.根据理论与经验相结合的碳化深度模型.选择混凝土保护层厚度与混凝土立方体抗压强度作为耐久性设计参数,建立了基于碳化寿命准则的耐久性概率极限状态设计方法,给出了碳化寿命耐久性接受准则、分项系数与设计表达式.该法适用于一般大气环境下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使用寿命要求的保护层厚度与混凝上强度.     

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.     

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。     

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。     

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。     

基于结构检测和计算分析的旧桥承载能力评定

为了评定旧混凝土拱桥的承载能力,通过结构混凝土强度、保护层厚度和碳化深度综合确定承载能力检算系数和截面折减系数,根据通行状况确定荷载效应组合,分别在承载能力极限状态和正常使用极限状态下进行检算,实现旧混凝土拱桥的承载能力评价。     

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.     

某工业厂房栈桥柱碳化寿命评估

某工业厂房栈桥柱因混凝土保护层过薄,产生长度、宽度不等的锈胀裂缝,通过采用回弹法评定混凝土强度,对钢筋锈蚀取样分析,利用碳化寿命准则,根据理论与经验相结合的混凝土碳化深度随机模型,对该工业厂房栈桥柱碳化寿命进行分析,为混凝土结构耐久性评估提供依据。     

中国与欧洲混凝土结构规范耐久性设计异同

我国与欧洲具有相似的气候环境,混凝土结构规范耐久性设计条款基本类似,但规定的限值不尽相同。首先对两部规范中一般大气环境下混凝土结构耐久性设计规定的异同进行了比较,重点对两部规范中混凝土保护层厚度、强度等级和环境对碳化寿命的影响进行了分析并与实测数据对比。结果表明:我国规范对中、高湿度的室内构件混凝土强度和保护层厚度的规定偏低。     

排水固结法极限状态设计方法研究

在分析了排水固结法的设计参数的基础上建立了极限状态方程,通过典型算例及既有工点校准计算找出目前规范隐含的可靠指标,确定了各随机变量的分项系数;结合既有规范确定了路基结构重要性系数及路基稳定调整系数;根据既有工程经验提出了工法调整系数;建立了排水固结法极限状态设计表达式。最后对新长铁路及广珠铁路等软土加固地基,对比分析了总安全系数法与分项系数的极限状态设计法的结果,表明本文提出的极限状态设计方法与目前规范采用的方法设计水准是一致的。     

碳化作用下基于可靠度的混凝土结构耐久性设计方法研究

对碳化作用下基于可靠度的混凝土结构耐久性设计方法进行了研究。首先确定碳化作用对应的结构耐久性极限状态和可靠指标,然后选择碳化深度预测模型,以设计使用寿命模式建立失效概率方程,最后在满足结构设计使用年限的条件下综合确定结构与材料的耐久性指标,并给出不同环境条件下的计算实例。     

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     

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     

海洋环境下预应力混凝土桥梁耐久性分析与设计

为了研究海洋环境下氯离子侵蚀引起的混凝土结构耐久性行为,在重点考虑材料、环境、混凝土应力水平以及表层对流区影响的基础上,建立了预应力混凝土氯离子侵入扩散模型;随后,基于预应力混凝土桥梁结构耐久性失效的特点,提出了以预应力筋临界锈蚀作为耐久性极限状态的标志;并在各随机变量统计分析的基础上,采用Monte-Carlo方法研究了不同水胶比、不同保护层厚度时的可靠指标变化情况,得出了给定目标可靠指标下预应力筋的最小保护层厚度。相关研究成果可以为工程设计提供一定参考。     

基于可靠度的GFRP筋混凝土梁抗弯承载力设计方法

为解决混凝土结构中的钢筋锈蚀问题,采用玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber-Reinforced Polymer,GFRP)筋替代钢筋是一种行之有效的方法。由于GFRP筋的线弹性力学特性,GFRP筋混凝土(GFRP-RC)梁的弯曲破坏模式为脆性破坏(受拉破坏或受压破坏),钢筋混凝土梁的设计方法将不适用于GFRP-RC梁,因此有必要开展基于可靠度的GFRP-RC梁抗弯承载力设计方法研究。基于已有文献数据,系统收集和整理了相关设计参数的统计信息。在考虑荷载组合、配筋率、材料强度等关键参数影响的基础上,建立了3432根GFRP-RC梁的设计空间。采用Monte Carlo模拟对GFRP-RC梁抗弯承载力极限状态开展了可靠度分析。结果表明：受拉破坏时,根据《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》(GB 50608-2010)设计的梁的可靠指标(β=4.08~4.50)高于脆性破坏的目标可靠指标(βT=3.7);受压破坏时,根据《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》GB 50608-2010设计的梁的可靠指标(β=3.08~3.39)低于βT。基于上述分析,以不同弯曲破坏模式下的梁均达到(βT=3.7)为目标,校准了GFRP筋材料分项系数(γf=1.3),并改进了受压破坏控制截面的GFRP筋极限应力计算公式。     

考虑时变可靠度的再生混凝土结构设计

由于再生粗骨料来源和废混凝土工程服役情况的复杂性,导致再生混凝土的性能表现出明显的离散性和时变性特点。为保证再生混凝土构件服役期内安全可靠,以再生混凝土的时变应力-应变曲线、碳化性能、保护层开裂等研究成果为基础,同时基于构件的时变可靠度分析,发现再生混凝土抗压强度、梁配筋率、保护层厚度、碳化系数以及钢筋锈蚀率对可靠指标影响显著,进而提出了保证再生混凝土构件时变可靠度水准的方法。结合已经确定的再生混凝土材料分项系数,提出了保持再生混凝土抗压强度标准值与普通混凝土相同,提高构件纵向配筋率/配箍率的设计方法。并给出了考虑时变可靠度的再生混凝土构件承载力计算式,可用于再生混凝土结构设计。     

预应力混凝土试件碳化试验及碳化深度预测模型研究

进行了碳化环境下预应力混凝土试件弯曲受拉和直接受压的耐久性试验研究,阐述了碳化作用对预应力混凝土结构的损伤机理。引进拉、压应力状态影响函数χσ,以反映碳化深度和应力状态及应力水平的关系。分别假定Fick第Ⅰ定律中的碳化时间指数α为0.50或为变量,由此建立了多因素影响下的预应力混凝土结构碳化深度预测模型,且采用一次可靠性方法(FORM)对碳化深度预测模型进行了分析。研究结果表明,拉、压应力分别可加快和减缓混凝土结构的碳化速度,χσ反映了碳化速率的变化趋势。最优的碳化时间指数α=0.48,若近似取α=0.50,计算结果也是足够准确的,由此印证了Fick第Ⅰ定律的正确性,而且采用FORM计算预应力混凝土结构碳化深度的离散程度是可靠的。     

裂缝对预应力混凝土结构耐久性影响的试验研究

提出了制作预应力混凝土裂缝状态试件的试验方法 ,并通过混凝土碳化与氯离子侵蚀试验 ,分析了裂缝对预应力混凝土结构耐久性的影响 ,以供耐久性设计与评估时参考