氯鹽環(huán)境下大型混凝土橋梁構(gòu)件耐久性可靠度分析

介紹了海洋環(huán)境下混凝土橋梁由于環(huán)境的影響出現(xiàn)較為常見的病害,有針對性地分析了病害的產(chǎn)生原因,根據(jù)已有危橋的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)對海洋環(huán)境下混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了一些建議,以提高混凝土橋梁的壽命。

鑒于當(dāng)前混凝土橋梁耐久性存在的問題,以碳化作用下混凝土橋梁的性能退化規(guī)律為基礎(chǔ),采用可靠度分析探討了混凝土橋梁進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)的量化方法,并以實(shí)例對橋梁耐久性定量設(shè)計(jì)的全過程進(jìn)行了說明。

眾所周知,橋梁按結(jié)構(gòu)材料可分為木橋、磚橋、石橋、混凝土橋、鋼橋等;按承重構(gòu)件的受力情況分為梁橋、拱橋、鋼構(gòu)橋、吊橋、斜拉橋等;現(xiàn)實(shí)生活中我們最常見的多是混凝土橋梁,隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,交通量及車輛荷載的增加以及外力的作用,橋梁出現(xiàn)病害、開裂,甚至出現(xiàn)嚴(yán)重破壞,倒塌也是在所難免的,所有這些均是橋梁耐久性不足所引起的。

我國的公路混凝土橋梁建設(shè)在原材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)等環(huán)節(jié)上均落后于西方發(fā)達(dá)國家,可以推斷,這些橋梁今后所面臨的耐久性問題將會比西方發(fā)達(dá)國家今天所面臨的問題更為嚴(yán)重。從工作環(huán)境上對公路混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的損傷機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)的研究,并提出改善混凝土橋梁耐久性的相關(guān)措施,對于混凝土橋梁耐久性研究具有一定的參考價(jià)值。

海洋環(huán)境混凝土橋梁防腐技術(shù)與耐久性設(shè) 計(jì) 第37卷第12期 2011年4月 山西建筑 shanxiarchitecture vo1.37no.12 apr.2011?177. 文章編號:1009—6825(2011)120177—03 海洋環(huán)境混凝土橋梁防腐技術(shù)與耐久性設(shè)計(jì) 盧昌明 摘要:針對海洋環(huán)境混凝土橋梁的腐蝕問題,介紹了鋼筋腐蝕與結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)系 及常用腐蝕防護(hù)技術(shù),并結(jié)合現(xiàn)行 規(guī)范和國內(nèi)外相關(guān)資料,提出了混凝土橋梁耐久性設(shè)計(jì)要點(diǎn). 關(guān)鍵詞:海洋環(huán)境,混凝土橋梁,腐蝕防護(hù),耐久性設(shè)計(jì) 中圖分類號:u445.73文獻(xiàn)標(biāo)識碼:a 1概述 在我國近海地區(qū)的橋梁中,常有因腐蝕防護(hù)措施不到位或耐 久性設(shè)計(jì)不完善等原因,發(fā)生嚴(yán)重鋼筋銹蝕破壞而重建或加固的 事例.根據(jù)jtg/tb07—0t一2006公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù) 規(guī)范的相關(guān)規(guī)定

通過3.5%nacl溶液、5%na2so4溶液、3.5%nacl+5%na2so4復(fù)合溶液以及模擬海水進(jìn)行干濕循環(huán)腐蝕試驗(yàn),研究干濕循環(huán)條件下,不同腐蝕溶液中混凝土超聲波傳播速度的變化規(guī)律,通過xrd、ct分析混凝土在不同腐蝕環(huán)境下的損傷劣化機(jī)理。結(jié)果表明:干濕循環(huán)顯著加速了混凝土的劣化過程;對于不配筋混凝土,氯鹽的腐蝕較弱,只有干濕循環(huán)作用下f0組發(fā)生明顯劣化;在氯鹽和硫酸鹽共存環(huán)境下,硫酸根的存在加速了氯離子對混凝土的腐蝕;模擬海水的腐蝕速度最快;f30s30組混凝土在腐蝕環(huán)境下生成物主要有鈣礬石、f鹽和石膏等,在氯鹽和硫酸鹽共同腐蝕條件下,沒有發(fā)現(xiàn)f鹽的存在。

建立了一套基于可靠度的橋梁耐久性模糊綜合評價(jià)方法.該方法將凍融和氯離子作用下橋梁力學(xué)性能的退化通過承載能力和正常使用極限狀態(tài)體現(xiàn),采用蒙特卡羅法分析各種極限狀態(tài)的局部可靠度,將局部可靠度指標(biāo)借助模糊運(yùn)算得到橋梁體系的耐久性綜合評分.該方法用于某預(yù)應(yīng)力橋梁的耐久性計(jì)算分析,表明:橋梁在凍融與氯離子環(huán)境下隨腐蝕的加重耐久性也逐漸降低,橋梁耐久性達(dá)不到100年設(shè)計(jì)使用期.在橋梁耐久性影響因素中,環(huán)境濕度與保護(hù)層厚度的敏感度較大,控制橋梁環(huán)境濕度和保護(hù)層厚度,有助于橋梁耐久性提升.該方法可以為橋梁耐久性評價(jià)提供一種新的參考.

指出混凝土橋梁結(jié)構(gòu)在服役后由于結(jié)構(gòu)耐久性損傷,需要在結(jié)構(gòu)整個(gè)壽命期內(nèi)對其進(jìn)行耐久性分析,重點(diǎn)研究了混凝土橋梁在整個(gè)壽命期內(nèi),考慮時(shí)間因素,由于耐久性損傷而導(dǎo)致的截面退化規(guī)律,為整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)耐久性分析提供了分析條件和基礎(chǔ)。

裂縫是混凝土橋梁耐久性狀態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)。本文闡述了混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫的危害,簡要分析了裂縫產(chǎn)生的原因,并提出了預(yù)防裂縫出現(xiàn)的措施。

預(yù)制節(jié)段拼裝混凝土橋梁耐久性探討——介紹歐美國家一些預(yù)制節(jié)段混凝土橋梁所存在的的腐蝕問題，以及國外有關(guān)預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁耐久性設(shè)計(jì)、施工措施和相關(guān)的試驗(yàn)研究情況，并對預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁的耐久性問題進(jìn)行了探討。

長山跨海混凝土橋梁耐久性監(jiān)測研究

針對沿海地區(qū)混凝土橋梁,采用現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢測、室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析、實(shí)體工程應(yīng)用等技術(shù)路線,對耐久性評價(jià)技術(shù)進(jìn)行了研究?？紤]混凝土材料、鋼筋工況、環(huán)境作用等3個(gè)方面的綜合影響,提出以耐久性評價(jià)為目標(biāo)的層次評價(jià)分析模型,模型分為3個(gè)層次。建立評價(jià)指標(biāo)體系與分級標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)對海洋環(huán)境中許多工程的調(diào)查結(jié)果確定了指標(biāo)層權(quán)重。采用層次分析理論(ahp),在綜合評價(jià)過程中采用主因素突出型模糊算子對。建立了一套完整的海潮區(qū)既有混凝土橋梁耐久性評價(jià)技術(shù),把不可測量的混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件耐久性逐層分解為可現(xiàn)場檢測的定性或定量指標(biāo)。實(shí)例表明本評價(jià)方法具有邏輯性和可操作性。

為了建立氯鹽腐蝕環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)方法,根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)性能劣化的特點(diǎn),在分析結(jié)構(gòu)耐久性失效狀態(tài)、可靠度設(shè)置水平、環(huán)境荷載及抗力影響因素的基礎(chǔ)上,建立了鋼筋初銹、保護(hù)層銹脹開裂及銹脹損傷達(dá)到最大限值這3種情況下的耐久性極限狀態(tài)方程.基于結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)理論,引入荷載和抗力變量的分項(xiàng)系數(shù)來反映結(jié)構(gòu)耐久目標(biāo)可靠指標(biāo)的要求,建立了結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)形式.按照概率設(shè)計(jì)與分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)具有相同可靠度水平的原則,給出了抗力分項(xiàng)系數(shù)的確定方法及不同耐久性極限狀態(tài)下抗力分項(xiàng)系數(shù)的取值.

介紹了氯離子侵蝕環(huán)境下鋼筋混凝土耐久性研究的幾個(gè)主要內(nèi)容,從腐蝕機(jī)理、評估準(zhǔn)則和臨界氯離子濃度3各方面介紹了研究進(jìn)展情況。

淺議混凝土橋梁耐久性檢測技術(shù)——介紹國內(nèi)外混凝土梁在制造與使用過程中，對混凝土耐久性方面的檢測技術(shù)。對我國橋梁混凝土的耐久性評估提供一個(gè)可參考的檢測項(xiàng)目、內(nèi)容及手段，為混凝土橋梁的耐久性設(shè)計(jì)提供參考。

混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的等耐久性設(shè)計(jì)——在對6個(gè)矩形、2個(gè)t型、2個(gè)ⅱ型混凝土梁進(jìn)行風(fēng)加速碳化試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合已有工程檢測數(shù)據(jù)，對自然風(fēng)環(huán)境下混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的等耐久性設(shè)計(jì)提出了初步建議。分析結(jié)果表明：在實(shí)際橋梁耐久性設(shè)計(jì)中，考慮風(fēng)加速混凝土碳化具有重要...

6.混凝土橋梁耐久性檢測與評估

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裂縫是混凝土橋梁耐久性狀態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)。闡述了混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫的危害,簡要分析了裂縫產(chǎn)生的原因,并提出了預(yù)防裂縫出現(xiàn)的措施。

為了求解劣化環(huán)境作用時(shí)混凝土橋梁的時(shí)變可靠度,建立了基于改進(jìn)響應(yīng)面法和確定性的混凝土橋梁退化過程分析方法相結(jié)合的混凝土橋梁時(shí)變可靠度分析方法.利用fortran95分別編寫了混凝土橋梁耐久性分析程序cbdas和可靠度分析程序pirsm.以一座預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁為對象,分析了不同極限狀態(tài)下結(jié)構(gòu)力學(xué)性能指標(biāo)的可靠度隨時(shí)間的演變過程,結(jié)果表明,混凝土正應(yīng)力的可靠度指標(biāo)由成橋時(shí)刻的2.16減小到成橋100年后的0.82,預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在正常使用極限狀態(tài)下的力學(xué)性能指標(biāo)更有可能出現(xiàn)耐久性不足的情況.提出的時(shí)變可靠度計(jì)算方法克服了復(fù)雜體系結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程通常是隱式的問題,實(shí)現(xiàn)了混凝土橋梁時(shí)變可靠度的求解目標(biāo).

為了研究海洋環(huán)境下氯離子侵蝕引起的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性行為,在重點(diǎn)考慮材料、環(huán)境、混凝土應(yīng)力水平以及表層對流區(qū)影響的基礎(chǔ)上,建立了預(yù)應(yīng)力混凝土氯離子侵入擴(kuò)散模型;隨后,基于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性失效的特點(diǎn),提出了以預(yù)應(yīng)力筋臨界銹蝕作為耐久性極限狀態(tài)的標(biāo)志;并在各隨機(jī)變量統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上,采用monte-carlo方法研究了不同水膠比、不同保護(hù)層厚度時(shí)的可靠指標(biāo)變化情況,得出了給定目標(biāo)可靠指標(biāo)下預(yù)應(yīng)力筋的最小保護(hù)層厚度。相關(guān)研究成果可以為工程設(shè)計(jì)提供一定參考。

我國\"三北地區(qū)\"橋墩基礎(chǔ)長期處于鹽堿凍融環(huán)境,嚴(yán)重影響了橋墩基礎(chǔ)混凝土的耐久性。以1%、2%、4%和6%的na_2so_4、nacl和na_2so_4+nacl作為腐蝕溶液,進(jìn)行了最大凍融循環(huán)120次的不同配比粉煤灰混凝土長期性能室內(nèi)試驗(yàn),分析了腐蝕溶液、腐蝕溶液濃度、凍融循環(huán)次數(shù)、水灰比和粉煤灰摻量等因素對粉煤灰混凝土質(zhì)量損失率和動彈性模量變化率的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:(1)相同條件下,溶液對粉煤灰混凝土的質(zhì)量損失率和動彈模變化率的腐蝕作用:na_2so_4+nacl>nacl>na_2so_4；(2)粉煤灰混凝土的質(zhì)量會在硫酸鈉溶液中出現(xiàn)凍融前期增加而后期損失加劇的現(xiàn)象；(3)粉煤灰混凝土鹽堿凍融循環(huán)過程中的質(zhì)量損失和彈性模量減小隨水膠比的增大而增大；(4)粉煤灰混凝土的質(zhì)量損失率和動彈模變化率均隨粉煤灰摻量呈現(xiàn)出減小的趨勢。