力學(xué)和環(huán)境耦合因素作用下鋼筋混凝土的壽命預(yù)測模型.pdf

1、本文以氯離子誘導(dǎo)的鋼筋銹蝕為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)劣化的主線，將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的服役壽命定義為銹蝕開始階段和銹蝕發(fā)展階段，為建立凍融和荷載耦合作用下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命的預(yù)測模型，做了以下幾個方面的工作： 1.混凝土中氯離子擴散系數(shù)的研究混凝土可看作是多尺度條件下的復(fù)合材料，包含了納米到微米量級的水化產(chǎn)物和孔隙以及缺陷、微米量級的未水化水泥顆粒、微米到毫米量級的集料粒子?；诨炷恋倪@個結(jié)構(gòu)特點，運用均勻化方法，建立了從微觀到細(xì)觀再到

2、宏觀的預(yù)測混凝土氯離子擴散系數(shù)的多尺度模型，并驗證了該模型的有效性。 2.“氯鹽-荷載-凍融循環(huán)”耦合因素作用下鋼筋混凝土在銹蝕開始階段的壽命預(yù)測模型的建立從某種程度而言，力學(xué)因素和凍融循環(huán)對結(jié)構(gòu)混凝土宏觀性能的影響都源自于材料孔隙率的變化，從而本文以孔隙率作為微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)，借鑒各向同性損傷理論來表征力學(xué)因素引起的孔隙率的變化，借助多孔力學(xué)理論表達(dá)凍融循環(huán)引起的凈漿孔隙率變化，研究混凝土在力學(xué)和凍融作用下微觀結(jié)構(gòu)的演化。結(jié)合上面

3、的預(yù)測混凝土氯離子擴散系數(shù)的多尺度模型，采用差分?jǐn)?shù)值計算方法計算鋼筋表面的氯離子濃度，建立了“氯鹽-荷載-凍融循環(huán)”耦合因素作用下鋼筋混凝土在銹蝕開始階段的壽命預(yù)測模型。 3.銹蝕開始階段壽命預(yù)測模型的驗證分別對氯鹽、荷載、凍融循環(huán)三個因素中任意一個因素、任意兩個因素及三個因素共同作用下鋼筋混凝土的劣化過程的模擬做了驗證，與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)相比較的結(jié)果表明，三種情況下的模擬結(jié)果與試驗結(jié)果具有很好的相關(guān)性。 4.基于銹蝕力學(xué)理論，

4、對銹蝕發(fā)展階段壽命預(yù)測模型的修正從①鋼筋銹蝕產(chǎn)物與產(chǎn)生的膨脹力或膨脹位移之間的關(guān)系；②鋼筋的銹蝕速率；③開裂條件三個方面著手，結(jié)合銹蝕開始階段混凝土結(jié)構(gòu)劣化的結(jié)果，對開裂條件修正，建立預(yù)測銹蝕發(fā)展階段服役壽命的模型。 5.模型的應(yīng)用將上面提出的壽命預(yù)測模型應(yīng)用于杭州灣跨海大橋，對海上樁基、陸上承臺墩身，陸上鋼箱梁三個部位鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的壽命進行了預(yù)測，結(jié)果顯示，銹蝕開始階段三個部位鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的壽命分別為169.2年、97.3