考虑衬砌劣化的山岭隧道地震易损性分析

隧道服役环境往往较为复杂,在服役过程中容易遭受各种侵蚀作用而导致材料性能退化,直接影响隧道结构的抗震性能。为研究衬砌劣化对隧道抗震性能的影响,基于混凝土强度经时模型和钢筋锈蚀参数的统计特征,确定混凝土及钢筋材料性能的退化规律,建立衬砌时变承载力方程。结合地震易损性分析方法,提出考虑衬砌劣化的山岭隧道地震易损性评估流程。以西部强震区典型深埋山岭隧道为例,采用增量动力分析方法开展一系列二维动力时程计算,基于Python语言编程,实现地震响应结果数据的自动提取和基于地震响应全过程结构最大损伤指数(DI_(max))的搜索计算。在此基础上,建立考虑混凝土劣化、钢筋腐蚀以及两者共同作用条件下,不同服役年限隧道的地震易损性曲线。结果表明:衬砌的易损性随服役时间的增加呈两阶段非线性增大,服役前期(0～50 a)增加缓慢,服役后期(50～100 a)增速加快。说明服役时间越长,衬砌劣化对隧道地震易损性的影响越大。在评价既有隧道抗震性能时,需考虑长期材料性能劣化的影响。此外,不同围岩级别下隧道易损性曲线随服役时间的变化规律相似,围岩级别和衬砌劣化一样,均对隧道地震易损性有重要影响,具体表现为衬砌的损伤概率随围岩变差而增大。所得结论可为运营隧道易损性分析和风险评估提供参考。     

环境因素与疲劳荷载耦合作用下预应力混凝土结构性能研究现状与展望

预应力混凝土结构广泛地应用于桥梁工程中。随着车辆通行量的日益增加、环境的逐渐恶化,预应力混凝土桥梁服役性能日渐劣化。对环境因素与荷载(尤其疲劳荷载)作用下预应力混凝土桥梁结构服役性能的研究成为热点。从材料、结构构件、研究方法等方面介绍了环境与荷载共同作用下预应力混凝土桥梁结构服役性能以及研究方法、寿命预测方法的研究现状以及存在的问题。在此基础上,探讨了环境与荷载耦合作用下预应力混凝土桥梁结构服役性能研究的发展方向。     

硫酸与硫酸盐共同作用对混凝土性能的影响

混凝土结构在酸与盐共同作用环境中服役日趋常见,但就混合侵蚀介质对混凝土性能影响的研究尚不系统。试验研究了硫酸与硫酸盐共同作用下混凝土剥蚀情况、力学性能及体积稳定性的变化规律,对劣化机理进行了分析。结果表明,硫酸与硫酸盐长期作用对低水胶比混凝土剥蚀及强度发展影响显著,试件体积膨胀。耐酸粉料能降低混合侵蚀介质作用下试件剥蚀率,强度损失减小,提升了体积稳定性。胶凝体系中钙硅比及密实程度是影响其性能劣化的关键。     

输变电工程基础混凝土长期强度分布特征研究

基于耐久性可靠度设计理论,以输变电工程基础混凝土长期强度劣化特性为研究对象,通过对浙江、安徽、宁夏和青海等不同地区和不同服役时间的基础混凝土进行取芯和抗压强度试验,分析了区域和时间因素对输变电工程基础混凝土抗压强度的影响,结合概率统计理论研究了基础混凝土长期强度的概率分布规律,并基于贝叶斯统计理论采用共轭分布法对基础长期强度的分布特征参数取值进行研究。结果表明:由于侵蚀环境的不同,不同区域基础混凝土长期强度的均值有所差异;随服役时间的增长,其长期强度呈衰减趋势,且基础服役时间越长其标准差越大,强度试验值越离散;不同地区、不同服役时间、同一强度等级的基础混凝土试验样本归集后,其长期强度的概率特性服从正态分布;C15和C20级输变电基础混凝土的变异系数分别为0.25和0.26,多重因素作用下设计强度等级的提高对其长期强度增强的影响有限。     

疲劳荷载作用对高性能混凝土收缩徐变影响的试验研究

混凝土徐变是指在持续荷载作用下,混凝土及其结构的变形随时间不断增加的现象。桥梁在服役期间会受到疲劳荷载作用,导致材料性能劣化,但是目前关于疲劳荷载作用对收缩徐变影响的研究较少。对比分析了经历和未经历疲劳荷载作用的高性能混凝土收缩徐变性能,研究疲劳荷载作用对高性能混凝土收缩徐变性能的影响。试验结果表明,疲劳荷载作用会改变收缩和徐变的发展规律,表现在会增加早期收缩应变,缩短进入徐变平稳期的时间,增大徐变平稳期后混凝土徐变应变增加速率。     

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。     

考虑衬砌渐变劣化的寒区隧道承载性能演化规律

隧道衬砌结构沿径向深度存在温度变化差异,使其在冻融循环作用下沿径向发生不同程度的连续渐变劣化。为揭示衬砌结构渐变劣化对寒区隧道承载性能的影响,本文以羊八井2号隧道为工程依托,通过现场气温测试,结合隧道温度场和结构应力数值模拟计算,研究考虑衬砌结构渐变劣化的寒区隧道承载性能演化规律。结果表明：在每年170次的正负气温反复作用下,隧道衬砌表面经历约11次等效室内冻融循环;随着径向深度增加,衬砌经历的冻融循环次数呈指数函数降低,衬砌混凝土抗压强度和弹性模量沿径向深度呈指数函数连续渐变劣化,并主要集中在距衬砌表面35 cm深度范围内;在渐变劣化情况下,拱顶随服役年数增加,偏心距逐渐增大,受压区高度减小,呈大偏心受压,衬砌安全系数下降速率大,承载性能劣化严重,全截面劣化相反,拱顶由大偏心受压逐渐转变为小偏心受压,安全系数下降慢,承载性能劣化较轻;其余位置在两种劣化情况下衬砌承载性能变化基本相同;在隧道衬砌结构长期耐久性设计时,拱顶应考虑混凝土沿径向渐变劣化。     

浸-烘循环作用下橡胶水泥混凝土的性能研究

通过试验,研究了橡胶水泥混凝土在水或Na2SO4／NaCl复合盐溶液中长期浸泡以及在常温浸泡、55℃烘干的浸-烘循环作用下其相对动弹性模量、抗压强度、抗弯强度的变化以及混凝土中的氯离子浓度分布,分析了橡胶水泥混凝土性能劣化的机理．研究表明：橡胶水泥混凝土长期浸泡在水或复合盐溶液中的性能与对比混凝土相当,但在浸-烘循环作用下,橡胶水泥混凝土的性能随循环次数的增加逐渐劣化,复合盐溶液的作用又进一步加剧了橡胶水泥混凝土性能的劣化．因此,橡胶水泥混凝土不宜应用于长期处于干湿交替、干热或有硫酸盐腐蚀的环境中．     

盐浸条件下引气混凝土的盐类腐蚀破坏研究

长期处于盐水环境或埋于盐渍土中的混凝土工程经常受到土或水中易溶盐的腐蚀。本文采取盐浸的方式对长期处于此类环境下的混凝土性能损伤变化规律进行了试验研究,通过对盐类腐蚀破坏后的混凝土进行电镜扫描、EDX能谱分析与化学成分测定,对复合盐侵蚀作用下混凝土腐蚀破坏的机理进行了深入研究。试验结果表明:各类有害盐是引起混凝土性能劣化的重要因素,混凝土的盐类腐蚀破坏是化学侵蚀与物理结晶两方面作用所致,且引气混凝土的抗盐腐蚀破坏的能力比普通混凝土要好。     

多因素耦合对混凝土性能影响的研究现状分析

耐久性是混凝土最重要的性能,也是当今混凝土研究的重点。因为影响混凝土耐久性的因素很多,混凝土性能的劣化是一个物理、化学和力学等多方面作用效应的繁杂叠加的过程,单一因素对混凝土耐久性影响的研究很难全面反映服役环境中混凝土性能的退化本质。本文综述了近年国内外多重因素耦合作用对混凝土性能影响的研究成果,获得多因素耦合作用下混凝土性能劣化规律。     

人工智能时代混凝土结构耐久性诊断研究进展

受服役环境的影响，混凝土结构普遍存在性能劣化严重、耐久性不足等问题。对在役混凝土结构进行诊断，准确识别混凝土结构损伤特征，高效评估其服役寿命，已成为保障混凝土结构服役安全的重大需求。以人工检测、传感器监测为主的诊断方法效率低下、准确性较差，难以满足实际工程结构服役安全科学诊断的要求。人工智能可为各领域研究与应用提供创新驱动力，与混凝土结构耐久性诊断技术深度融合，为混凝土结构全寿命周期的智慧运维提供新的方法。通过分析传统混凝土结构耐久性诊断技术的不足与人工智能技术的优势，从混凝土结构耐久性损伤智能感知、耐久性演化智能预测和耐久性状态智能评估等三个方面总结了人工智能在混凝土结构耐久性诊断中的应用。结果显示：人工智能技术为混凝土耐久性损伤检测与监测提供了新思路，结合传统混凝土材料损伤劣化理论，形成混凝土耐久性劣化进程与服役寿命智能预测方法，建立混凝土结构耐久性智能诊断体系，将是未来结构工程领域的重要发展方向。     

毛细作用下硫酸钠半浸泡水泥基材料抗氯离子渗透性研究

硫酸盐和氯盐复杂盐蚀环境中的服役结构会受到两者产生的耦合作用。研究毛细作用下硫酸钠半浸泡混凝土试样的抗氯离子渗透性能,设计不同水灰比、不同硫酸钠溶液浓度的砂浆毛细上升试验,测试硫酸钠半浸泡混凝土试样的扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和氯离子电通量。结果表明:硫酸钠半浸泡混凝土抗氯离子渗透性能劣化,前期劣化严重,随着半浸泡时间的延长,抗氯离子渗透性能有所回升,但依然比未浸泡试样的差。结合微观测试结果可知,混凝土抗氯离子渗透性能劣化的主要原因是:前期,在毛细作用下硫酸钠溶液填充了混凝土孔隙,减弱了固化氯离子的结合能力,释放了较多自由氯离子,从而增大了氯离子的扩散量;后期,随着浸泡时间的延长和环境湿度的变化,孔隙中的硫酸钠溶液过饱和后,形成无水Na_2SO_4和Na_2SO_4·10H_2O结晶体的混合物,结晶混合物沉淀于孔壁,部分阻碍了氯离子的扩散,从而减缓了抗氯离子渗透性能的劣化。硫酸钠溶液浓度超过5%以后,随着硫酸钠溶液浓度的升高,毛细上升速度减缓,混凝土抗氯离子渗透性能相应提高。硫酸钠溶液半浸泡下,水泥基材料毛细上升快慢可作为衡量混凝土抗氯离子渗透性能好坏的指标。硫酸钠和氯化钠的复合溶液对硫酸钠毛细上升有延缓作用,会改善混凝土的抗氯离子渗透性能。     

关注环境作用的混凝土冻融损伤特性研究进展

混凝土结构耐久性劣化在不同的暴露环境下存在着显著的区域特征。研究冻融循环条件下环境参数变化对混凝土冻融损伤的影响规律,对混凝土结构的耐久性设计和工程实践具有重大的实际意义。关注混凝土结构耐久性的定量化设计,对混凝土结构服役寿命预测的需求进行分析,提出对现场冻融环境、现场与实验室试验环境下混凝土冻融损伤之间的关系、混凝土的抗冻性三个方面的数量化需求。总结现场冻融环境量化、混凝土经受冻融循环过程中环境因素（冰冻降温速率、最低冰冻温度、最低冰冻温度持续时间和饱含水情况）对混凝土冻融损伤作用机理与作用规律方面的理论与试验研究,进一步分析现场冻融环境与实验室试验冻融环境下混凝土冻融损伤关系的相关研究成果,并在混凝土冻融耐久性寿命预测和耐久性设计方法的层面上,提出最终结论与建议。     

考虑砌筑砂浆劣化的老旧砌体结构抗震性能分析

北京地区现存大量建造于1980年前后的在役老旧砌体房屋,因服役时间较长,普遍存在建筑材料劣化的现象。选取砌筑砂浆作为研究对象,通过分析冻融循环劣化过程和现场砌筑砂浆实测结果,建立北京地区实际服役环境下砂浆抗压强度劣化时变模型。通过建立典型老旧砌体结构房屋有限元模型,采用层间位移角作为评价指标,对不同建造年代的砌体房屋抗震性能进行分析研究。结果表明,随着服役时间增加,该六层砌体结构整体位移响应增大,且主要发生在服役20年之后。在7度设防地震作用时,服役超过40年的砌体房屋损伤接近严重破坏状态,难以满足抗震设防要求。在峰值加速度为200gal的地震作用时,未劣化砌体结构没有达到倒塌状态,而服役50年的劣化砌体结构进入倒塌状态指标界限内,抵抗倒塌的能力下降十分显著,显示出对多年服役劣化砌体结构进行鉴定加固的急迫性。     

现代混凝土材料与结构服役特性的研究进展

中国现正处于建设高潮,混凝土结构已暴露出大量耐久性问题,不仅服役寿命远低于设计寿命,而且过早破坏,提前退出服役的现象时有发生。混凝土材料与混凝土结构是在不同严酷条件下服役的,绝非仅受单一环境因素作用下引起的损伤与劣化,而是在力学因素和环境因素双重或多重因素的耦合作用,是一个复杂的损伤叠加与交互作用过程,也是引起混凝土耐久性下降和服役寿命缩短或过早退出服役的根本原因。基于以往与未来研究成果,建立暴露于荷载与环境因素耦合作用下的混凝土结构科学的设计理论和新方法,是相当必要的。     

不同应力状态下混凝土硫酸盐侵蚀试验研究

硫酸盐对混凝土的侵蚀作用往往损伤混凝土的内部结构,从而导致结构的安全性能降低。为了研究基础混凝土梁的硫酸盐侵蚀规律,采用加速硫酸盐侵蚀试验方法进行了受力状态下混凝土试件在干湿交替循环硫酸盐侵蚀环境下的耐久性试验,分析了硫酸盐干湿交替循环侵蚀后混凝土性能的退化规律。结果表明:混凝土性能劣化与硫酸盐干湿交替循环侵蚀环境下试件的应力状态存在一定的关系,拉、压应力分别加快和减缓了硫酸盐侵蚀混凝土的速率,且应力变化越大,硫酸盐侵蚀速率的改变越大。     

混凝土在超低温环境下的研究进展

超低温混凝土由于服役环境温度极低,导致各方面性能差异化较大。超低温混凝土的性能研究对在相应工程上应用具有重要意义。文中通过对国内外文献数据的整理分析,研究得出超低温混凝土的力学性能与含水率、强度及温度有关。超低温混凝土破坏的主要原因之一是结构内部毛细孔中液态水随温度变化反复冻融的结果。为超低温环境下混凝土的性能变化研究提供参考。     

现代混凝土材料与结构服役特性的研究进展

中国现正处于建设高潮，混凝土结构已暴露出大量耐久性问题，不仅服役寿命远低于设计寿命，而且过早破坏，提前退出服役的现象时有发生。混凝土材料与混凝土结构是在不同严酷条件下服役的，绝非仅受单一环境因素作用下引起的损伤与劣化，而是在力学因素和环境因素双重或多重因素的耦合作用，是一个复杂的损伤叠加与交互作用过程，也是引起混凝土耐久性下降和服役寿命缩短或过早退出服役的根本原因。基于以往与未来研究成果，建立暴露于荷栽与环境因素耦合作用下的混凝土结构科学的设计理论和新方法，是相当必要的。     

桥梁设计中存在的安全耐久性问题及对策研究

桥梁结构在长期服役过程中受外界环境、材料性能与荷载作用等共同影响,导致桥梁结构的耐久性、安全性随时间推移而逐渐降低,影响桥梁结构运营的安全性。因此,为了确保桥梁结构在服役期间的安全性,需要在桥梁设计时重视安全性与耐久性设计。     

预应力混凝土结构的耐久性分析

预应力混凝土结构长期在使用环境作用下,其性能随时间而逐渐减退,最终破坏,其实质就是预应力混凝土结构的耐久性问题。本文根据预应力混凝土结构的构成,分别从钢筋和混凝土两方面阐述了混凝土结构的耐久性问题,从而为工程设计、施工和施工管理提供了可靠的依据。