考虑荷载影响的桥梁混凝土结构耐久性设计

为更好地指导海洋环境混凝土结构耐久性使用寿命设计,采用试验研究弯拉荷载对混凝土氯离子扩散系数的影响,结合菲克第二定律提出考虑荷载影响的桥梁混凝土结构耐久性设计方法.研究结果表明,承受弯拉荷载与不承受荷载试件扩散系数控制指标的比值Dη/D0与应力水平η成指数关系.针对国内某大桥初步设计确定的典型构件及所处环境参数等,引入弯拉荷载对混凝土氯离子扩散系数的影响,建立了“设计使用寿命-氯离子扩散系数控制指标”间的对应关系,给出了达到设计使用寿命要求的28 d氯离子扩散系数控制指标.     

荷载作用下混凝土中氯离子侵蚀性研究现状与发展

处于海洋环境下以及撒除冰盐环境中的钢筋混凝土结构,氯离子侵蚀是其钢筋锈蚀的最主要原因.根据对氯离子侵蚀的认识过程和荷载作用型式分三个层次对混凝土中氯离子侵蚀性研究现状进行了总结:混凝土中氯离子传输机理、静荷载作用下混凝土中氯离子侵蚀性研究和反复荷载作用下混凝土中氯离子侵蚀性研究.提出荷载作用下混凝土中氯离子传输机理研究和侵蚀模型具有重要的理论意义和应用价值,是氯盐环境中承受荷载作用的混凝土桥梁结构耐久性研究的重要发展方向.     

弯曲荷载作用下水位变动区域混凝土中氯离子扩散规律试验

为了明确氯离子在水位变动区域混凝土中的扩散特性,研究了干湿交替条件和弯曲荷载共同作用下氯离子在混凝土中的扩散规律。试验过程中考虑3个试验因素:混凝土强度等级、弯曲荷载水平、应力性质。试验结果表明:随着混凝土强度等级的提高,氯离子扩散性能降低;随着荷载水平的提高,受拉区混凝土抗氯离子侵蚀的能力降低,受压区混凝土抗氯离子侵蚀的能力有所提高;受拉区混凝土抗氯离子侵蚀能力明显低于受压区;无论承受受压荷载还是受拉荷载,随着时间的延长,氯离子在混凝土中的扩散系数均逐渐降低。     

荷载作用形式与自修复对混凝土抗渗性能的影响研究

为研究拉伸荷载、轴压荷载和自修复作用对混凝土抗渗性能的影响,该文通过试验研究氯离子含量和氯离子扩散系数D随应力水平、荷载作用形式和自修复时间的变化规律。结果表明:施加拉伸荷载或轴压荷载后,氯离子含量和D都明显增大,且应力水平越大,氯离子含量和D越大,当拉应力水平大于50%时,混凝土抗渗性急剧下降;相比于持载时,卸载后氯离子含量和D都出现不同程度的降低;将持续拉伸后的试件进行28d的自修复后,氯离子含量和D明显减小,混凝土抗渗性能得到明显改善;轴压荷载作用后,自修复7d对混凝土抗渗性能的改善效果不明显,而自修复28d后抗渗性能得到显著改善。     

考虑温度-车辆耦合的准低温季节混凝土桥铺装应力分析

为了研究环境与车载耦合作用对混凝土桥铺装层受力的影响,首先推导材料特性随温度变化的沥青混合料桥面铺装在温度—车辆耦合作用下的应力有限元计算公式。然后采用有限元方法建立混凝土箱梁桥多层铺装复合结构仿真模型,通过现场实测和仿真计算,分析准低温季节铺装结构温度场日变化和车辆荷载耦合作用下的铺装层拉应力。计算结果表明:拉应力峰值出现在桥墩上方对应的铺装层表面,较易较早出现开裂破坏;考虑铺装各层结构温度梯度变化后,耦合作用下的横向拉应力峰值在中午处于谷值,纵向拉应力峰值变化不明显;耦合荷载作用下的横向拉应力峰值比车辆荷载作用情况增加2.76倍,纵向拉应力峰值涨幅为42%。在铺装层的设计中必须考虑温度荷载的作用。     

沿海大气环境混凝土表面氯离子浓度时变规律试验研究

通过模拟沿海大气环境混凝土表面氯离子浓度试验,研究得出了环境氯离子浓度、混凝土强度、时间历程对混凝土表面氯离子浓度的影响规律,并分别建立了沿海大气环境下环境氯离子浓度、混凝土强度、时间历程与混凝土表面氯离子浓度的关系式,同时建立了基于既有混凝土结构检测的混凝土表面氯离子浓度时变式,揭示了沿海大气环境下其对混凝土表面氯离子浓度的影响规律。进而综合反映环境因素、施工情况、胶凝材料和时变因素等影响因素建立了沿海大气环境混凝土表面氯离子浓度时变模型。     

Gen路面水泥混凝土界面区结构特征变化分析

为了研究路面水凝混凝土界面区结构特征的变化,利用室内各相关试验设备,模拟路面水凝混凝土在荷载应力、温度、湿度条件下单场、双场及三场耦合等实际工作环境,分析不同条件下路面水泥混凝土界面区的动态变化过程。研究表明:荷载水平越高界面区开始扩展的时间提前,单荷载作用下,当荷载水平超过50%时,混凝土疲劳后期界面区抗变形能力明显减弱;荷载与温度耦合对界面区的影响表现为界面区宽度增加,抗变形能力减弱,荷载与不同温度水平作用界面区扩展时间点提前,而扩展程度有所不同;荷载、温度和湿度三场耦合下,对界面区的扩展范围影响不大,但会促进介面区扩展的速度。     

水平荷载作用下高模量沥青混凝土路面力学响应数值分析

为研究和改善行车水平荷载对沥青混凝土路面结构受力的影响,采用三维有限元方法分析计算了静载作用下各大小水平荷载作用时沥青混凝土路面结构的力学响应规律,对比分析了高模量沥青混凝土(HMAC)设置在路面结构不同层位对水平荷载和垂直荷载综合作用下路面结构力学响应的影响.结果表明:水平荷载的影响范围主要集中在路面上部6 cm范围以内;在较大水平荷载作用下,路面结构最大剪应力和最大拉应力峰值增大显著,容易造成路面结构的剪切和拉裂破坏;面上面层设置HMAC和上中面层设置HMAC能够有效地改善这些局部路段路面结构的抗剪切和抗拉裂性能,且在效果上后者优于前者.     

高强混凝土中氯离子扩散性能试验研究

采用室内试验,以厦门海底隧道衬砌结构C45高强混凝土为例,对氯离子在高强混凝土中扩散性能进行了综合研究,研究结论可作为混凝土耐久性及同类研究借鉴.结果表明,扩散时间对混凝土内部氯离子浓度有较强的积累效应;环境氯离子浓度高低对氯离子向混凝土内部扩散有促进或减缓作用;较小的拉、压应力对氯离子的扩散性态影响不明显;随着混凝土龄期的增长,自由氯离子占总氯离子含量的比例逐渐增加.     

复合盐与干湿循环耦合作用下混凝土材料劣化机理试验研究

为了研究复合盐与干湿循环耦合作用下地下结构混凝土劣化规律,通过RCT氯离子含量测量与混凝土相对动弹性模量测量试验,分别测得不同工况下不同位置处氯离子含量与混凝土相对动弹性模量值,定量分析了硫酸盐浓度与干湿循环次数对混凝土结构劣化情况的影响。试验结果表明:混凝土内部氯离子含量随测试深度的增加而减少;同一深度处,氯离子含量随侵蚀环境中硫酸盐浓度的增加先增多后减少,随干湿循环次数的增加而增多。混凝土相对动弹性模量随硫酸盐浓度的增高而减小,且减小量随硫酸盐浓度的增高而降低;混凝土相对动弹性模量随干湿循环次数的增加先增大后减小。     

海洋环境下混凝土桩基耐久性影响因素研究

通过比较环境和材料等因素的影响,研究海洋环境中桩基混凝土的耐久性变化规律,结果表明,各因素对桩基耐久寿命的影响显著性不同,且它们之间具有耦合效应。基于氯离子的扩散方程,文中提出环境和材料耦合效应下的氯离子扩散模型,通过工程实测数据,验证模型的合理性。基于该耦合模型,预测了科特迪瓦阿比让四桥的使用寿命,与设计相符合。     

旧沥青路面裂缝对白色罩面层受力的影响分析

采用有限元方法,分析了旧沥青路面裂缝对白色罩面层受力的影响,得到了板底荷载和温度最大耦合应力随加铺层厚度和模量等参数变化的规律。结果表明:旧沥青路面横向裂缝位于加铺水泥混凝土板板中时,板底荷载应力、温度应力及二者耦合应力均为最大,且随加铺水泥混凝土板模量增加而增大,随水泥加铺层厚度的增加而减少。     

复掺矿物掺合料海工混凝土氯离子抗渗性机理分析及寿命预测

结合象山港跨海大桥工程实例,采用快速氯离子电迁移法(RCM)法测试了不同水胶比情况下,复掺粉煤灰和矿粉海工混凝土的氯离子扩散系数;用差热分析法(DTA)和扫描电镜(SEM)分析了复掺粉煤灰和矿粉对海工混凝土氯离子抗渗性的影响机理;并运用Fick第二定律对海工混凝土结构抗氯离子侵蚀耐久寿命进行预测。试验结果显示,降低水胶比及复掺粉煤灰和矿粉能有效提高混凝土的氯离子抗渗性,使混凝土的设计寿命得到延长。     

氯盐一维及二维腐蚀环境下RC结构锈胀开裂风险分析

基于Fick第二定律,在氯盐一维侵蚀模型的基础上,发展了氯盐二维侵蚀模型。考虑参数的随机性,采用Monte-Carlo方法,对比分析了两种侵蚀模型下RC结构锈胀开裂风险。研究表明：在高氯盐侵蚀环境下（如滨海,码头等）环境下,这一影响因素更为显著,因此在混凝土结构耐久性分析中应当考虑氯盐多维侵蚀的影响。界限裂缝宽度对二维及一维扩散环境下的失效概率基本相同;保护层厚度对一维扩散环境下的结构服役性能影响明显高于二维扩散环境;腐蚀电流对氯盐一维及二维扩散环境下的钢筋锈蚀影响基本相同。     

临海环境对衬砌混凝土结构自防水性能影响研究

为获得合理的临海隧道衬砌混凝土配合比和提高混凝土自防水性能,以拱北隧道工程为背景,开展混凝土在临海侵蚀环境下的自防水性能试验研究。基于系统化的混凝土配合比设计方法确定防水混凝土初步配合比,通过碳化和硫酸盐侵蚀室内试验模拟临海环境对混凝土自防水性能的影响,对混凝土抗压强度、抗水渗透和抗氯离子渗透3个指标进行试验分析,最终获得最优配合比。结果表明： 1）复掺(20%粉煤灰+10%矿渣)混凝土自防水性能最好,该方案可作为拱北隧道主体结构混凝土配合比; 2）在碳化和硫酸盐侵蚀作用下,混凝土的抗氯离子渗透能力随时间逐渐减弱、抗压强度随时间逐渐增强; 3）混凝土掺合料对抗氯离子渗透能力的增强作用非常明显,但对混凝土后期强度增幅有一定的影响。     

荷载作用下单裂缝锂渣混凝土的氯离子传输试验

目前有关混凝土结构耐久性设计大多是依据完整混凝土的研究，实际的混凝土结构多是带有裂缝的多相复合材料，这在一定程度上高估了混凝土结构的服役寿命。通过化学滴定法测量混凝土中自由氯离子含量，系统研究锂渣的掺量、荷载大小、裂缝宽度对自由氯离子时空分布的影响，并根据Fick第二定律计算氯离子的扩散系数。结果表明： 在硫酸盐与氯盐混合溶液中，自由氯离子含量显著降低，硫酸根离子能够有效减缓氯离子在混凝土中的传输； 掺加20%锂渣能够减小氯离子在混凝土中的传输速率； 混凝土中的氯离子传输速率随着荷载和裂缝宽度的增加而增加。     

杭州湾跨海大桥70 m箱梁结构寿命随机分析

基于70 m整孔预制箱梁的结构、材料及海域环境特点,结合现场箱梁结构保护层厚度、氯离子初始浓度以及氟离子扩散系数等的实际检验检测结果,对混凝土保护层厚度、氯离子初始浓度、氯离子扩散系数、氯离子临界浓度以及结构表面氯离子浓度等各类耐久性影响因素的不确定性进行概率统计分析,确定其统计分布特征.通过MonteCarlo随机模拟,得出了70 m箱梁结构使用寿命的近似概率密度分布,通过假设检验,确定其服从对数正态分布,并给出在不同保证率情况下箱梁结构设计使用寿命的取值.     

特粗粒径沥青碎石裂缝缓解层防裂机理分析

反射裂缝是旧水泥混凝土路面上沥青混凝土加铺层的主要病害之一,目前尚无理想的解决方法,针对这一问题,提出了采用特粗粒径沥青碎石AM-40作为裂缝缓解层的方法,利用特粗粒径沥青碎石的多空隙结构阻断裂缝尖端的扩展路径,消散及吸收由交通荷载及环境温度变化所产生的应力及应变,减小接缝处加铺层的应力集中现象。采用三维有限元法对设置普通沥青混凝土与特粗粒径沥青碎石2种类型裂缝缓解层的加铺结构进行力学对比分析可知,后者的荷载应力、温度应力及耦合应力均小于前者的应力值。通过加铺层试验路观测与理论计算分析表明,特粗粒径沥青碎石裂缝缓解层可有效地防止或减缓水泥混凝土路面上沥青混凝土加铺层的反射裂缝。     

氯蚀环境下钢混沉管隧道结构时变性态研究

作为重大公共交通基础设施,跨海沉管隧道需具备良好的耐久性能,但在海洋氯蚀环境下隧道结构寿命预测及结构服役时变演化特性方面的研究尚存不足。为此,根据氯离子在混凝土中的扩散规律及钢筋混凝土的氯蚀机理,推导了基于正常使用极限状态的沉管隧道钢筋混凝土衬砌在氯蚀环境下的寿命预测计算模型,并根据相关规范细化了该预测模型的主要参数。在此基础上进一步推导建立了隧道结构钢筋锈蚀率和混凝土弹性模量衰减的时变模型,用于计算不同服役时长下隧道结构钢筋和混凝土的材料参数并作为有限元模型的输入参数。最后,将隧道寿命预测模型及结构时变模型应用于大连某钢混沉管隧道工程,预测该隧道的服役寿命,并分析隧道衬砌材料及结构力学性态随服役时长的时变特性。研究结果表明：①隧道钢筋锈蚀率和混凝土弹性模量衰减率随腐蚀时长均呈现三折线加速上升;②随着服役(氯蚀劣化)时长增加,沉管隧道拱顶跨中位置的内力(弯矩、轴力)逐渐减小,而沉降变形逐步增加;③沉管结构塑性区先出现在结构受拉部位,且在混凝土表面锈蚀胀裂前塑性区基本未发生扩大,而在混凝土表面被钢筋锈蚀胀裂后开始逐步扩大,并在结构受压部位出现塑性区;④在沉管结构受压部位出现塑性区前结构受压部位的最大Mises应力随服役时长不断增加,而在结构受压部位出现塑性区后结构的最大Mises应力加速下降。