海洋环境下钢筋混凝土构件抗力随时间变化模型研究

考虑混凝土强度变化、钢筋锈蚀过程、混凝土碳化和钢筋锈蚀引起的混凝土与钢筋之间粘结能力的改变等因素,建立了高桩码头钢筋混凝土构件抗力随时间变化的随机过程模型。通过算例研究了混凝土碳化、氯离子侵蚀、混凝土强度、构件所处水位等对高桩码头钢筋混凝土构件抗力的影响。并提出海洋环境条件和使用荷载作用下钢筋混凝土构件的累积损伤、裂缝宽度计算方法、裂缝宽度对氯离子侵蚀速度的影响、以及钢筋混凝土码头健康状态诊断方法等。     

氯盐环境下钢筋混凝土构件抗力的时变概率模型

氯盐环境下,钢筋混凝土结构的耐久性问题十分突出。其中,钢筋锈蚀、混凝土强度降低以及钢筋与混凝土之间的粘结性能退化是影响结构长期承载能力的最关键因素。在探讨钢筋混凝土构件长期承载力退化的过程中,大部分学者认为可采用结构的初始抗力与某一衰减函数之间的乘积来量化其抗力随时间的变化规律,结构抗力的概率分布的统计参数(均值、标准差)也相应的采用上述衰减函数进行拟合。事实上,均值和标准差随时间的变化规律并不相同,需要分别研究其各自的时变规律。文章将既有钢筋锈蚀、混凝土强度、钢筋混凝土粘结性时变模型中的主要影响参数(如:抗压强度、W/C等)均作为随机变量,提出了氯盐环境下钢筋混凝土结构抗力退化的随机模拟方法。基于该方法,对构件抗力概率分布的均值和标准差采用不同的时变函数进行拟合,建立了构件抗力的时变概率模型。以天津地区某高桩码头工程项目为例,通过上述随机模拟方法,计算得到了不同时刻下不同重要构件抗力的概率分布和统计参数。在此基础上,采用基于区段离散化思想的时变可靠度分析方法,评估了实例高桩码头中各重要构件在服役期内的时变可靠度。     

考虑荷载作用下抗力时变特性的沿海钢筋混凝土结构可靠度分析

针对海洋环境下钢筋混凝土结构破坏影响因素复杂的特点,建立了荷载作用下的氯离子侵蚀模型和钢筋锈蚀率模型;将钢筋混凝土构件的抗力和作用荷载均视为随机过程,并离散为设计基准期内服从某种分布的随机变量,通过改进的一次二阶矩法计算结构的可靠度指标,建立了荷载作用下考虑构件抗力时变特性的海洋环境下钢筋混凝土结构可靠度分析方法。通过高桩码头的算例说明了该方法的可行性,研究了荷载作用对结构耐久性和承载力寿命的影响。     

不同环境条件下考虑荷载影响的氯离子扩散模型

钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土构件耐久性破坏的重要因素之一,氯离子侵蚀是海洋环境下钢筋锈蚀的首要因素。根据相关文献给出的不同海洋环境、不同荷载水平作用下混凝土中氯离子扩散的实验数据,通过拟合给出氯离子扩散荷载影响系数与构件应力状态之间的关系式及混凝土表面氯离子浓度随时间变化的统计公式,建立了考虑荷载影响的氯离子扩散模型。多组现场实测数据检验表明,建立的考虑荷载影响的氯离子扩散模型是合理的,具有较好的适用性与实用性。     

基于ANSYS的钢筋混凝土构件裂缝宽度计算方法

以大型通用有限元计算软件ANSYS为平台,建立了荷载作用下钢筋混凝土构件裂缝宽度的一种计算方法。采用ANSYS中的Solid 65单元模拟混凝土,Link 8单元模拟钢筋,三维非线性弹簧单元Combine 39模拟钢筋-混凝土界面的粘结滑移关系,将Houde提出的钢筋-混凝土间的粘结滑移本构模型引入ANSYS中以确定Combine 39弹簧单元的荷载-位移关系式。此外,在现有混凝土裂缝宽度计算方法的基础上,推导出适用于有限元分析的裂缝宽度计算公式,并应用ANSYS软件提供的二次开发工具——参数化编程语言(APDL)编制程序,在ANSYS后处理中实现混凝土构件裂缝宽度的计算功能。算例分析表明,与现有方法相比,该方法能更准确地计算各级荷载作用下钢筋混凝土构件的裂缝宽度。     

考虑荷载影响的钢筋混凝土构件钢筋锈蚀模型

对现有典型钢筋锈蚀模型进行了比较分析,选择考虑因素较全面合理的Youping Liu指数模型作为钢筋锈蚀基本模型。将考虑荷载影响的氯离子扩散模型引入钢筋锈蚀基本模型中,建立了考虑荷载影响的钢筋混凝土构件钢筋锈蚀模型。通过实例计算,分析了钢筋锈蚀速度随时间的变化规律。     

钢筋坑蚀对混凝土柱偏压性能的影响

坑蚀是混凝土钢筋锈蚀的主要形式之一。与钢筋均匀锈蚀相比，钢筋坑蚀具有显著的不确定性和更大的截面损失等特点，对混凝土构件的性能具有一定的影响。借助Monte Carlo模拟，分析了锈蚀钢筋混凝土柱的偏压抗力性能，研究了钢筋坑蚀对混凝土偏压柱承载能力的影响。结果表明，钢筋坑蚀的随机性对柱的可靠性有很大影响，钢筋坑蚀构件承载力的下降速度比均匀锈蚀更快，对柱的耐久性具有潜在危害。     

港口与海岸工程结构全生命周期概率设计

在港口与海岸工程结构整个生命期内,环境条件和结构系统的状态均会随时间发生变化。结构系统状态变化主要包括:由环境条件作用产生的结构累积损伤(或变形或位移)、钢或钢筋混凝土构件锈蚀、地基冲刷或淤积、地基物理力学指标降低或提高等。文中提出了考虑整个生命周期内环境条件和结构系统状态变化的工程结构全寿命周期概率设计的概念,并结合沉箱式防波堤在长期波浪作用下累积滑移概率分析和考虑钢筋混凝土结构构件抗力随时间变化的钢筋混凝土结构可靠度分析,在工程结构全寿命周期概率设计理论方面进行了初步探讨,为该课题的深入研究提供参考。     

现役海港码头钢筋混凝土受弯构件承载力评估方法

在分析钢筋锈蚀造成钢筋混凝土构件力学性能退化的基础上,根据海港码头混凝土构件中钢筋锈蚀规律及混凝土保护层锈胀裂缝宽度与钢筋锈蚀深度的关系,建立了混凝土保护层锈胀开裂前和锈胀开裂后现役海港码头钢筋混凝土受弯构件承载力评估模型,可为现役海港码头钢筋混凝土结构耐久性评估及构件修复决策提供理论依据。     

不同应力状态下钢筋混凝土梁加速腐蚀试验研究*

开展了不同应力状态下钢筋混凝土梁电解液加速腐蚀试验,研究了加速腐蚀试验中通电时间、钢筋腐蚀率和荷载水平等外界条件对试验构件力学性能的影响,分析了钢筋锈蚀过程中梁截面应变变化和锈蚀裂缝产生情况,为进一步开展应力状态下钢筋混凝土梁的研究提供了试验参考。     

船舶撞击力作用下高桩码头的安全评估

针对高桩码头水平承载力,应用极限概率理论分析了荷载效应的统计参数;根据构件破坏准则,确定了码头破坏模式和功能函数;依托某码头实例,建立响应模型,计算其失效概率及可靠指标。分析的结果认为,船舶撞击能和船舶撞击力符合极值I型分布;高桩码头的主要破坏为桩基础的正截面受弯破坏和水平位移过大;结合某码头工程实例,利用ANSYS有限元分析软件建立结构响应模型和PDS模块,采用蒙特卡罗的方法进行可靠性分析,共进行了10万次抽样,抽样的结果显示,码头受船撞作用失效的概率为2.073 05×10-3,可靠指标为3.76,安全结构等级为2级。     

高桩梁板码头体系可靠度计算及寿命预测

氯离子侵蚀是造成高桩梁板码头钢筋锈蚀、承载力下降、寿命缩短的首要原因。通过分析海洋环境下高桩梁板码头钢筋锈蚀的全过程,以及码头构件抗力衰减的影响因素,在蒙特卡罗法的基础上,抽样时采用超拉丁立方抽样方法,计算了高桩梁板码头体系可靠度,最后给出了某码头横梁钢筋锈蚀深度及体系可靠度随时间的变化曲线,并根据体系可靠度变化曲线预测了码头寿命。寿命预测结果较为合理。     

高桩梁板式码头现浇横梁早期表面裂缝的分析

结合长江下游某高桩梁板式码头工程案例。针对高桩梁板式码头上部横梁表面早期裂缝产生和扩展的主要影响因素进行系统分析,重点从结构设计、施工选材、优化混凝土配合比和加强养护条件控制等方面．介绍预防码头混凝土构件早期裂缝应采取的主要控制措施。     

高桩码头钢筋混凝土结构延寿技术现场试验研究

结合现场试验，阐述了高桩码头延寿技术的技术原理和施工工艺。结果表明，该技术可有效脱除混凝土内的氯离子并使有效阻锈剂基团快速渗人到混凝土内部，使钢筋恢复钝化而停止腐蚀，从而显著延长码头使用寿命。     

全装配式高桩码头钢质靠船构件设计要点

通过调查研究目前码头采用的混凝土靠船构件应用和施工过程中存在的问题，针对全装配式高桩码头结构的设计需求，将混凝土靠船构件与前沿护舷功能合并，提出一种新型密闭式钢质靠船构件及相应的耐久性措施和结构健康监测方案。该结构由面板、背板和纵横筋板组成并采用密封结构，直接通过预埋螺栓安装于码头前沿，克服了靠船构件安装施工难点，有利于工程施工安全，提高施工效率。     

梁板式高桩码头极限承载力概率分布

极限承载力概率分布是结构可靠度计算要解决的主要问题之一。针对在役高桩码头结构安全评估问题,选择结构材料性能参数与几何尺寸参数为随机变量,基于非线性有限元数值模型,采用蒙特卡罗法建立典型梁板式高桩码头极限承载力概率分布模型及统计参数。研究了水平荷载作用下无损结构的极限承载力概率分布及损伤位置、损伤程度和损伤数量对高桩码头极限承载力概率分布及统计参数的影响。结果表明:水平荷载作用下无损结构的极限承载力概率分布为正态分布,损伤位置、损伤程度和损伤数量不影响结构极限承载力的概率分布。在水平荷载作用下计算损伤结构的可靠指标时,可以采用无损结构极限承载力概率分布及统计参数进行计算。     

梁板式高桩码头三维数值计算分析

针对现行的高桩梁板式码头平面设计方法的不足,提出利用Ansys有限元软件对梁板式高桩码头进行三维有限元计算与分析.通过后处理能够得到码头各部分的位移、应力、应变、剪力及弯矩的详细数据,计算结果更符合工程实际,为以后梁板式高桩码头的结构设计校核提供了参考依据.     

透浪系数计算方法的探讨

对于透空式码头来说,准确计算透浪系数推算港内波高,是进行结构设计的关键因子.结合东营港扩建工程桩基挡板透空码头的结构尺度参数及波浪参数,在Wiegel、Kriebel等学者理论分析的基础上,对透浪系数Kt值的计算作了进一步的理论推导,得出了较为适用的透浪系数计算公式,分别与Wiegel公式、Kriebel公式、挡板间距△W=0.0时的试验结果进行了比较.结果表明,计算得到的Kt值是合理的,并提出了分区间计算透浪系数的设想,可供工程设计时参考.     

在役高桩码头桩基完整性无损检测技术研究的进展

一般情况下梁板式高桩码头的基桩顶部需要与上部结构嵌固,传统的单桩完整性检测方法已不能适用于此类基桩完整性的无损检测,在总结国内、外桩基检测研究成果的基础上,重点介绍对动测法和低应变反射波法的改进,主要包括双速度法、横波法、超震波法、纵阻抗剖面分析法等,分析论证在梁板式高桩码头基桩完整性检测中应用高应变法的可行性,以及综...