RC桥梁碳化腐蚀下的开裂风险、耐久性和全寿命成本分析

基于改进的碳化深度预测模型,利用最新的CO<,2>浓度数据,发展了时变可靠度模型计算混凝土结构在碳化腐蚀下的开裂概率.建立概率模型可以考虑CO<,2>浓度、扩散过程、劣化机理、钢筋的位置、保护层深度、腐蚀电流的随机性和不确定性.计算了不同耐久性设计状态下和不同的锈胀开裂宽度准则下在碳化腐蚀作用下的开裂风险.建立了全寿命...     

海洋环境中氯离子侵蚀与混凝土碳化诱发钢筋锈蚀失效概率的对比分析

提出了混凝土抗氯离子侵蚀和混凝土碳化概率模型。从混凝土结构部位、混凝土桥梁距海岸线距离、混凝土质量等角度对处于海洋环境中的混凝土桥梁因氯离子侵蚀和混凝土碳化而诱发钢筋腐蚀的概率进行对比分析,结果表明在海洋环境中混凝土桥梁各部位由于氯离子侵蚀而导致的失效概率远大于混凝土碳化导致耐久性失效概率。距海岸线距离、混凝土质量也是重要的影响因素。随着距海岸线距离的增加以及混凝土质量降低,氯离子诱发耐久性失效概率与碳化失效概率比值明显减小,混凝土碳化诱发钢筋锈蚀的权重增加。     

基于时变可靠度的钢筋混凝土结构碳化腐蚀开裂比例预测和维护时间确定

基于改进的碳化深度预测模型,结合IPCC预测大气CO2浓度数据,研究了气候变化(CO2浓度)的规律及其对混凝土结构的碳化损伤影响和维护时间的确定。由于概率预测模型能够考虑CO2排放、环境、结构尺寸、腐蚀电流密度、钢筋布置、保护层厚度和劣化机制的不确定性和变异性,发展了时变可靠度模型来计算混凝土结构在多种CO2排放策略作用下和不同耐久性设计下将来100年内的开始腐蚀概率和腐蚀开裂比例。根据结构维护管理要求标准,确定结构第一次维护时间。研究表明:在A1FI排放策略下的开始腐蚀概率比其在最好CO2排放策略下高了720%;对于保护层厚度为20 mm和水灰比为0.55的混凝土,在将来100年的开裂概率为0.37,这意味着大多数混凝土结构在服役期存在碳化腐蚀损伤现象,将来需要大量的维修和维护工作;在A1FI排放策略下,当可接受的开裂比例设为1%时,对于建于2000年、保护层厚度为30 mm和水灰比为0.50的钢筋混凝土结构在碳化腐蚀下第一次维护时间在2058—2065年。     

松花江大桥耐久性检测与碳化寿命预测

松花江大桥主桥采用大跨度预应力混凝土连续箱梁结构。对该桥的外观质量、混凝土强度、混凝土碳化深度及混凝土保护层厚度进行耐久性检测,并将检测结果进行分析,分析结果表明:该桥主要构件的混凝土强度实测值均满足原设计要求;桥墩混凝土的碳化深度测试值离散性较大,混凝土密实性存在一定差异;混凝土保护层厚度控制良好,主要构件的保护层厚度基本满足现行规范要求,且具有良好的统计规律。利用概率方法及可靠度理论对松花江大桥进行碳化耐久性分析和使用寿命预测,结合桥梁结构形式得到该桥的碳化寿命为107年。     

不锈钢筋的工程应用

为验证不锈钢筋混凝土结构与普通钢筋混凝土结构施工、养护、耐久性等的差异,在受海水侵蚀的园里溪桥、红树林大桥桥墩试验采用了不锈钢筋混凝土结构。园里溪桥桥墩受海水侵蚀,墩柱混凝土开裂、钢筋腐蚀严重。采用外包不锈钢筋混凝土套箍加固,同时预留不锈钢筋混凝土暴露试件,3年后回访检查,外包不锈钢筋混凝土套箍没有明显病害;解剖预留试块,不锈钢筋均未锈蚀,即使保护层厚度小于5mm的不锈钢筋也未锈蚀,说明不锈钢筋具有优异的耐腐蚀性能。红树林大桥引桥5号桥墩右幅盖梁、墩柱、系梁及桩基顶部1.5m采用不锈钢筋混凝土结构,不锈钢筋加工工艺、设备与普通钢筋相同,不需增加额外新设备及工艺改进。试验证明不锈钢筋混凝土构件具有优异的耐腐蚀性能、加工工艺与普通钢筋相同,用于桥梁受海水侵蚀的部位,可提高桥梁整体的耐久性。国内不锈钢筋产品质量达到国外同类产品水平,在按120年寿命设计的港珠澳跨海大桥获得了应用。     

CO2排放、气候变化及其对混凝土结构开始腐蚀时间和时变可靠度评估的影响

基于改进的碳化深度预测模型,结合IPCC预测数据,研究了气候变化(CO2浓度)的规律及其对混凝土结构的碳化损伤影响.由于概率预测模型能够考虑环境、结构尺寸、保护层厚度和劣化机制的不确定性和变异性,提出了时变可靠度模型来计算混凝土结构在多种CO2排放策略作用下将来100年内的开始腐蚀概率.研究表明:在最高CO2排放策略下的开始腐蚀概率比其在最好CO2排放策略下高4.6倍;大多数混凝土结构在服役期存在碳化腐蚀损伤现象,将来需要大量的维修和维护工作;如果最高CO2排放策略在将来发生,混凝土保护层设计厚度需要提高3-15 mm以降低混凝土结构的开始腐蚀概率和减少腐蚀损伤.     

钢筋混凝土桥墩延性影响因素理论研究

为研究结构设计参数对钢筋混凝土桥墩延性的影响,对矩形和圆形钢筋混凝土桥墩的全过程弯矩～曲率曲线进行分析,从理论上研究轴压比、混凝土强度、配筋率、混凝土保护层厚度等参数对桥墩延性的影响,并对2种截面桥墩的延性性能进行比较。分析结果表明:不管矩形还是圆形截面桥墩,其延性总是随轴压比增加而降低;整体增加纵向钢筋率对桥墩延性略有不利影响;保护层厚度对桥墩延性影响相对较小;相同轴压比下,桥墩延性随混凝土强度提高而降低,相同轴力下,桥墩延性随混凝土强度提高而提高;矩形墩的延性性能优于圆形墩。     

腐蚀环境对钢筋混凝土桥墩的抗震性能影响分析

针对沿海地区桥梁桥墩在高氯环境下的腐蚀问题,采用Open Sees软件构建氯腐蚀环境下桥梁材料退化模型,通过模拟3种典型工况下的桥墩地震反应特征,获得腐蚀环境下桥墩柱的抗震性能,研究结果表明:考虑材料退化后,随桥梁服役时间延长,最大墩顶位移不断增大。仅箍筋腐蚀环境下,桥墩截面抗弯能力略有下降,延性显著降低,最大墩底截面的弯矩和延性系数变化较小;仅纵筋腐蚀环境下,桥墩截面抗弯能力和延性表现出较大差异,抗弯能力降低的同时延性略增加;同时考虑纵筋、箍筋腐蚀环境时的桥墩截面抗弯能力降低,延性下降,桥墩整体结构的抗震能力降幅最大。     

基于双G断裂准则的钢筋混凝土结构锈胀寿命预测

基于文献[1]提出的腐蚀钢筋混凝土钢筋锈胀力的公式,利用断裂力学理论推导了锈蚀钢筋混凝土构件裂缝扩展应变能释放率的表达式,应用双G断裂准则对锈蚀钢筋混凝土结构的裂纹扩展寿命进行了预测,分析了裂纹扩展寿命与混凝土强度等级,保护层厚度和钢筋直径的定量关系。结果表明：构件初始裂纹长度时锈胀的起裂、稳定扩展和失稳扩展寿命影响非常严重;钢筋直径和混凝土强度等级的增加会引起裂纹扩展寿命的增加,随着混凝土保护层厚度的增大,裂纹扩展寿命略有下降趋势。因此,为提高混凝土结构的耐久性,合理设置混凝土保护层厚度是至关重要的。     

滨海大桥混凝土结构耐久性检测与评估

针对日照沿海1994年建成的付疃河旧桥和小海河旧桥的服役环境条件进行分析,测试了桥梁混凝土结构的强度、保护层厚度、碳化深度和游离氯离子浓度。研究结果表明:桥梁混凝土保护层厚度不足是导致其耐久性损伤的一个重要原因。对于潮差区和浪溅区桥梁混凝土,氯离子渗透导致钢筋锈蚀是其破坏的主要原因。对于大气区桥梁混凝土,碳化是导致混凝土破坏的主要原因。     

桥梁全寿命周期成本研讨与应用

总结与研究在目前国内外桥梁全寿命周期成本设计方法的基础上,对各国目前所开发的应用于桥梁全寿命周期成本设计与控制系统进行对比分析,提出了各系统的特点并分析其优点与不足,结果表明全寿命成本的经济性因素十分重要,需要得出确定性与概率性两种结论方案,从而证明了桥梁周期本系统的实用性。     

混凝土桥墩施工期水化热及表面抗裂影响因素研究

为提高混凝土桥墩表面抗裂性能,对其施工期水化热及表面抗裂影响因素进行研究。选取尺寸为1.5m×1.2m×1.6m的重力式矩形混凝土桥墩,采用ANSYS建立有限元模型,对桥墩的水化热温度场与应力场、养护工艺及构件设计参数对水化热温度场及其表面开裂的影响进行分析。分析结果表明:混凝土桥墩水化热过程中,由于钢筋传热,对混凝土表面温度场及箍筋、纵筋相应位置混凝土表面应力场产生影响。采取养护措施对预防混凝土早期开裂效果较好,混凝土表面应力值比无养护约下降0.6 MPa。桥墩表面温度应力随混凝土保护层厚度增大而减小,随箍筋直径增大而增大,箍筋间距变化对其影响不明显。     

基于小波神经网络锈蚀钢筋强度预测研究

为研究氯离子侵蚀和混凝土碳化综合作用下既有钢筋混凝土桥梁中锈蚀引起的钢筋屈服强度的退化,基于拆除两座旧桥主要承重构件中钢筋锈蚀影响因素的无损检测以及锈蚀钢筋拉伸试验,考虑混凝土碳化、氯离子侵蚀、保护层厚度以及混凝土强度等因素综合影响,利用小波神经网络在非线性建模中收敛迅速等优越性,提出了基于小波神经网络来预测既有钢筋混凝土桥梁中钢筋屈服强度方法。研究表明:锈蚀率较小情况下,锈蚀引起钢筋屈服强度的下降并不显著。该预测方法可以考虑不同环境对混凝土桥梁中钢筋锈蚀的综合影响,精度满足要求,具有较好的适用性。     

基于随机性的混凝土碳化寿命预测

基于影响混凝土碳化深度的各类因素,提出了混凝土桥梁的碳化时变随机模型。现以混凝土碳化深度达到钢筋表面这一状态作为结构的耐久性失效的极限状态,建立混凝土桥梁碳化程度时变可靠度分析及剩余寿命预测模型,并现以福建一座服役中混凝土桥梁为例,进行碳化可靠度分析和剩余寿命评估。该方法得到的结论对实际桥梁的耐久性评价和桥梁日常维护决策提供了依据。     

基于可靠度理论预应力混凝土桥梁使用寿命预测研究

针对预应力混凝土桥因耐久性或承载能力无法达到要求而寿命终结,为对其耐久性和安全性进行有效评估,基于抗力衰减和可靠度理论建立预应力混凝土桥使用寿命预测方法。该方法考虑混凝土碳化、钢筋锈蚀、预应力损失和荷载效应等因素,依据设计规范,以临界可靠指标的形式给出预应力混凝土桥碳化寿命、锈胀开裂寿命和承载能力寿命终结的判定标准,得出碳化寿命、锈胀开裂寿命和抗弯承载能力寿命的极限状态方程,对桥梁的使用寿命进行预测。采用该方法对某新建预应力混凝土梁桥的碳化寿命、锈胀开裂寿命和承载能力寿命进行预测。理论研究和应用结果表明,在一般大气环境及正常养护和运营条件下,该桥耐久性和承载能力在设计基准期内满足要求,并根据预测结果给出运营过程中检测周期的建议;该方法可有效评估预应力混凝土桥使用寿命。     

桥梁水下基础的加固技术研究

桥梁的桥墩、基础等水下结构由于使用环境的原因,极易出现保护层脱落、桩体钢筋腐蚀等病害,严重危机桥梁安全。文章基于桥梁水下基础的病害具体表现形式,提出具体的加固、处置措施,以使得水下基础的加固更加专业化。     

基于验算点法的开裂RC桥梁时变可靠度计算

本文总结了桥梁结构可靠度的研究成果,综合考虑了桥梁运营期间,影响桥梁可靠度的各种因素:如荷载效应、碳化深度、钢筋锈蚀、粘结强度退化等。基于验算点法计算原理,编制MATLAB计算程序进行时变可靠度的求解。以福建省某在役开裂RC桥梁为依托工程,计算了该桥时变可靠度,并进行了剩余寿命的求解,根据相关计算结果得到了桥梁结构在运营初期以及结构失效期间时变可靠度下降最为迅速。相关结论也对养护时机的的合理选取提供了参考。     

桥梁圆形墩柱钢筋保护层厚度的控制措施

钢筋保护层厚度对桥梁墩柱的受力性能、耐久性和耐火性、抗冻性均有重大影响,直接关系到桥梁的使用安全和寿命。综合工程建设质量管理方面的理论和长期的实践经验,墩柱的钢筋保护层厚度可从"人员"、"机械"、"材料"、"方法"、"环境"和"测量"共六方面因素进行分析,采取相应的对策和措施,以提高保护层厚度合格率。     

基于全寿命周期抗震性能的桥梁结构维修决策方法研究进展

为了给桥梁维修管理工作提供参考并探索该领域未来的发展方向,综述了目前国内外基于全寿命周期抗震性能的桥梁结构维修决策方法的研究进展。首先,总结了基于地震危险性、地震易损性、结构失效后果的桥梁全寿命周期地震风险评估方法并单独介绍地震危险性与地震易损性分析方法。其次,介绍了常见的桥梁全寿命周期耐久性维护与抗震维修加固方法。随后,讨论了地震引起的桥梁破坏所导致的经济与人员伤亡损失的计算方法、采取特定维修措施的情况下产生的直接与间接维修成本计算方法;并进行了相应的成本效益分析。最后,从风险的角度讨论了桥梁全寿命周期抗震维修决策的相关要点:介绍了桥梁全寿命周期内的基本维修策略,包括根据维修时刻桥梁性能是否达到阈值划分的预防性维修与必要性维修,以及根据维修程度划分的完美维修、非完美维修、最小限度维修;同时也论述了引入多目标优化技术的桥梁全寿命维修决策方法的研究进展。综合分析结果表明:全寿命周期抗震性能指标变化趋势对维修决策的制定具有指导作用,从全寿命周期角度的考量能有效提高项目的成本效益,使得维修决策更为经济合理。引入预防性维修的维修策略能够有效节约维修成本,同时使桥梁全寿命周期风险维持于较低水平。     

铁路桥墩裂缝加固设计和有限元分析

分析了某铁路桥桥墩开裂的原因,提出了对深度超过桥墩钢筋保护层厚度的裂缝,先采用深层压浆,再对表面开槽,并采用加固型混凝土进行置换的加固设计方案,并采用通用有限元软件ANSYS11.0对该桥20号墩的加固设计进行了有限元模拟分析。