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。     

混凝土中氯离子扩散有限元分析

通过结合混凝土中氯离子的初始浓度和混凝土表面浓度,将满足Fick第二定律的混凝土中氯离子扩散问题转变成初边值问题,建立了其相应的有限元方程。由于氯离子扩散系数是扩散时间、温度和混凝土材料的函数,因此基于该有限元方程利用欧拉后插法和Newton-Raphson迭代法建立了增量形式的有限元方程,并通过分析具有解析解的一维、二维氯离子扩散问题,说明该增量有限元方程的可行性。在考虑扩散时间、温度、混凝土材料、混凝土表面涂层等多因素前提下,利用该增量有限元方程分析海洋环境下处于浪溅区、盐雾区混凝土的耐久性寿命,说明该增量有限元方程在海工结构耐久性设计中的可行性。     

氯离子在混凝土中双时变扩散分析研究

氯离子侵蚀是除冰盐环境下混凝土结构耐久性劣化的主要原因。目前多采用Fick第二定律及一维稳态扩散模型对混凝土中的氯离子浓度进行预测与耐久性评价,但分析结果与实际氯离子侵蚀情况存在偏差。为更准确地描述氯离子扩散的时变规律,基于氯离子瞬态扩散理论和非稳态扩散方程,推导出前期时变与后期恒定的氯离子扩散系数模型的修正表观扩散系数公式以及表面氯离子浓度为指数及幂函数模型下的修正解析表达式,并与时变扩散有限元方法结合应用到实桥分析中,解析解与数值分析结果吻合较好,验证修正表观扩散系数与解析公式的正确性以及氯离子时变扩散有限元分析方法的适用性。     

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。     

组合封闭式箍筋双筋混凝土梁受弯性能试验研究

组合封闭式箍筋的使用是预制装配整体式混凝土结构关键技术之一。试验研究采用组合封闭式箍筋的双筋混凝土梁受弯性能。试验分两批:第一批试验包括13根一次浇筑梁试件,目的是考察不同箍筋形式梁受力性能差异;第二批6根叠合梁试件,考察足尺和叠合梁受弯力学性能。其他研究参数还包括受压纵筋和箍筋间距。研究表明,对于一次或叠合浇筑的双筋混凝土梁,组合封闭式箍筋可以对受压纵筋提供有效侧向约束,受压纵筋没有在梁破坏之前失稳。在本研究参数范围内,配置组合封闭式箍筋和传统封闭式箍筋双筋梁的受弯性能没有区别,可采用相同的计算方法预测受弯性能。     

氯盐侵蚀下结构混凝土服役寿命的可靠度分析

为了全面考虑随机因素对氯盐侵蚀下结构混凝土耐久性的影响,研究建立了氯盐环境下混凝土服役寿命分析的可靠度随机边界元法。首先基于全时域初值推进法研究建立了混凝土中氯离子随机时变扩散分析的摄动随机边界元法,进而基于正常使用极限状态建立了混凝土结构服役寿命分析的可靠度分析格式,据此研究了保护层厚度、氯离子扩散系数等随机参数对结构混凝土服役寿命的影响,克服了传统的随机边界元法的缺陷。结果表明,混凝土材料及氯盐腐蚀环境的随机性、混凝土结构几何外形所导致的二维扩散现象等对氯盐环境下混凝土结构的服役寿命具有显著影响,在耐久性设计中必须合理考虑才能保障使用寿命。     

混凝土中氯离子时变扩散的边界元分析

氯离子在混凝土中的扩散是一个时变过程.考虑氯离子扩散系数的时间依赖性,将时变扩散系数引入混凝土的氯离子扩散模型中,通过变量代换,给出了时变扩散条件下氯离子扩散方程的基本解,并基于误差函数建立了氯离子扩散场补偿长度理论,分析了散场补偿长度系数的取值,在此基础上建立了时变扩散系数下混凝土中氯离子扩散分析的边界元法.通过算例...     

海洋混凝土结构耐久性定量分析与设计

针对当前结构耐久性设计缺少定量计算模型,难以保证设计的混凝土结构在海洋环境腐蚀作用下达到预定服役寿命等问题,提出海洋混凝土结构耐久性设计的计算模型和定量设计方法。首先,利用试验数据和回归分析理论建立混凝土电通量与氯离子扩散系数的关系模型,分析验证该模型的合理性和适用性;进而选取混凝土保护层厚度、龄期衰减系数和氯离子渗透能力系数(混凝土电通量或氯离子扩散系数)等参数作为海洋混凝土结构耐久性设计参数,利用Fick第二定律建立耐久性设计参数的计算模型,提出海洋混凝土结构耐久性设计参数限值的确定方法和步骤,结合算例结果分析现行混凝土结构耐久性设计规范的局限性。研究表明,由于现行的混凝土结构耐久性设计规范所选取的设计参数中没有选取龄期衰减系数,且缺少定量计算模型,导致在部分情况下不能满足混凝土结构预定的服役寿命要求或混凝土制备要求。该文方法通过合理选取耐久性设计参数并依据定量计算模型确定设计参数限值,克服了现行设计规范存在的缺陷和不足。     

满足100年耐久性设计的自密实海工高性能混凝土寿命评价技术研究

分析了海工混凝土结构的腐蚀机理,并对海工混凝土结构的腐蚀危险性进行了评估,表明氯离子对混凝土结构内钢筋的腐蚀是混凝土结构与构件耐久性的主要控制因素。确定了菲克第二扩散定律的解析解中表面氯离子浓度、临界氯离子浓度和保护层厚度等参数的取值,获得了不同矿物掺合料自密实海工高性能混凝土满足100年耐久性设计年限要求的有效氯离子扩散系数控制指标,并表明掺合料的种类和掺量在合理的范围时,自密实海工高性能混凝土的耐久性可满足设计使用年限100年的耐久性要求。     

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。     

海洋工程混凝土耐久性研究

深入了解造成混凝土结构使用寿命缩短的原因,通过研究混凝土构件可靠度分析方法,对混凝土进行了配合比设计,试验结果表明掺人聚丙烯腈纤维比掺引气剂具有更好地提高混凝土冻融耐久性的作用.将混凝土表面氯离子浓度,保护层厚度和扩散系数作为随机变量,根据传统Fick第二定律建立了混凝土保护层中氯离子浓度的随机模型,基于体积稳定性设计的混凝土并掺人少量聚丙烯腈纤维后的混凝土显示了优良的抗氯离子渗透能力,从而提出了海洋环境下混凝土结构耐久性寿命评估的方法.     

钢筋混凝土结构基于耐久性的可靠度设计方法

对处于氯盐环境中的混凝土结构,为使其在设计使用寿命期内具有合格的可靠度要求,基于结构抗力劣化过程的动态计算模型及动态可靠度分析,在我国 现行结构可靠度设计表达式基础上,引入结构耐久性系数γD来考虑抗力衰减对可靠指标的影响,并给出了耐久性系数的确定方法。针对50年设计使用年限 情况,考虑港口结构3种荷载组合以及5种可变荷载与恒载效应比影响,给出不同的环境条件、水灰比、保护层厚度下结构耐久性系数γD的取值。从而建立 了基于耐久性的可靠度设计实用方法。     

In-situ condition monitoring of reinforced concrete structures

Performance of concrete structures is significantly influenced and governed by its durability and resistance to environmental or exposure conditions, apart from its physical strength. It can be monitored, evaluated and predicted through modeling of physical deterioration mechanisms, performance characteristics and parameters and condition monitoring of in situ concrete structures. One such study has been conducted using Non-destructive testing equipment in the city of Bhopal and around located in India. Some selected parameters influencing durability of reinforced concrete (RC) structures such as concrete cover, carbonation depth, chloride concentration, half cell potential and compressive strength have been measured, for establishing correlation among various parameters and age of structures. Effects of concrete cover and compressive strength over the variation of chloride content with time are also investigated.     

沿海桥梁混凝土结构腐蚀调查及分析

针对日照沿海桥梁的耐久性现状进行调研,通过对桥梁墩身、边梁和栏杆混凝土的保护层厚度、碳化深度以及桥梁不同部位的游离氯离子浓度的检测表明:桥梁混凝土结构保护层厚度偏小、车辆超载、结构设计不合理、施工管理不当、缺乏维护管理是导致沿海桥梁混凝土结构损伤劣化的主要原因。此外,海洋环境中的氯离子和空气中的二氧化碳将导致桥梁混凝土中钢筋腐蚀,海水中的盐在混凝土中结晶将导致桥梁墩身腐蚀破坏。     

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。     

氯离子在混凝土管桩中的扩散规律

混凝土管桩在海工环境中广泛使用,管桩内表面为封闭面,外壁常常暴露于氯盐环境中。根据菲克第二定律和管桩的边界条件,采用分离变量法,得到氯离子扩散方程的解析解。该解析解包含稳态解和瞬态解2部分,而稳态解由贝塞尔函数构成,与基于半无限体边界条件的传统解不同。采用该解答计算PHC管桩氯离子扩散,探讨内外半径之比、扩散系数以及钢筋保护层厚度对氯离子扩散的影响。当内外半径之比a/b为1.5时,瞬态解的次?糠炙ゼ跛俾时戎饕-糠衷即螵?倍。     

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...     

基于强度和抗氯盐耐久性指标的混凝土配合比设计及试验研究

氯盐环境严重影响混凝土耐久性,但现行规范通常按照强度要求设计混凝土配合比。为此,研究建立了混凝土的氯离子扩散系数多因素模型,并按照预定的混凝土强度和耐久性要求开展配合比分析和设计。首先选择混凝土的氯离子扩散系数及其龄期衰减系数作为混凝土抗氯盐耐久性能指标参数,研究建立了混凝土耐久性指标参数的多因素计算模型。然后,根据预定的强度指标和耐久性能指标的取值,通过求解代数方程组得到混凝土水胶比和矿物掺合料掺量。进而,结合混凝土的工作性能要求,分析确定混凝土配合比设计主要参数的取值。最后,结合工程实例和正交试验方法开展混凝土配合比试验。研究表明,根据本文建立的混凝土配合比设计方法制备混凝土,能同时满足预定的混凝土强度和耐久性能指标的要求,有效克服了传统理论的缺陷。     

基于时变可靠度混凝土结构耐久性设计方法

在已有混凝土结构耐久性设计理论和方法的研究基础上,提出在大气环境下基于等效抗力时变可靠度的钢筋混凝土结构构件耐久性设计方法。通过算例,对该方法的实用性、可行性进行验证。由计算结果可知,混凝土强度等级和保护层厚度对混凝土结构的耐久性影响显著。其中混凝土强度对时变可靠度的影响至关重要;保护层厚度的影响随混凝土强度等级的提高而减小;钢筋直径对耐久性的影响不明显,且随着混凝土强度的提高或保护层厚度增大,其影响可以忽略不计。