荷载与冻融共同作用下混凝土结构可靠度分析及剩余寿命预测

论文摘要

近几十年来,混凝土结构耐久性研究已经成为全球土木工程界的热点研究领域。混凝土结构由于长期曝露在野外、工作环境恶劣、荷载变化复杂,其耐久性问题更为严重,其中,水工混凝土的冻融损伤是所有耐久性问题中最为突出的。我国北方的全部和南方的大部分混凝土结构都不同程度地遭受冻融破坏的影响。因此,研究冻融循环下混凝土结构的长期性能具有非常重要的现实意义。冻融循环是影响混凝土结构耐久性的重要因素之一。混凝土中的水在毛细孔中结冰造成的冻胀开裂使混凝土的弹性模量、抗压强度、抗拉强度等力学性能严重下降,危害结构物的安全性。冻融破坏机理复杂,到目前为止,还很难形成统一且符合实际的认识。在实际工程中,混凝土的冻融破坏还耦合了荷载、盐冻等多种因素,给混凝土冻融破坏的机理研究增加了难度。本文以混凝土抗冻机理作为理论基础,分析了影响混凝土抗冻性的主要因素,结合混凝土长期受到荷载作用的事实,根据试验回归分析建立了冻融与轴向荷载双重破坏因素共同作用下混凝土的冻融损伤模型。针对混凝土耐久性的失效过程实质是一个内部损伤演变的逐步劣化过程这一事实,基于可靠度理论,根据本文新建的轴向荷载与冻融共同作用下混凝土损伤模型,及已有的弯曲荷载与冻融共同作用下混凝土损伤模型,分析了在荷载与冻融共同下混凝土结构的可靠性。基于冻融温差是影响冻融损伤程度的重要因素之一的事实,将混凝土冻融损伤程度近似看作由不同冻融温差作用产生,结合三参数Weibull分布,提出了能适用于不同温度条件的荷载及冻融共同作用下的混凝土冻融剩余寿命的预测方法。根据以上研究成果,并结合混凝土结构的实际情况,本文提出了多因素耦合作用下混凝土结构可靠度剩余寿命评估的方法,并建立了相应的计算方法,选择典型的混凝土梁式桥进行了计算,同时对荷载及冻融温差对混凝土结构可靠度剩余寿命的影响进行了分析。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景及意义
• 1.2 有关混凝土冻融破坏的研究现状
• 1.2.1 混凝土的冻融破坏
• 1.2.2 应力状态下混凝土的冻融破坏
• 1.2.3 冻融条件下混凝土的使用寿命预测
• 1.3 本文研究的内容
• 1.4 本文的创新点
• 第二章 混凝土的冻融破坏
• 2.1 混凝土冻融破坏机理
• 2.2 影响混凝土抗冻性的因素
• 2.3 混凝土冻融试验
• 2.4 混凝土抗冻性预测模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 轴向荷载与冻融共同作用下混凝土损伤统计模型
• 3.1 模型的理论基础
• 3.2 试验数据
• 3.3 模型形式的确定
• 3.4 模型的合成
• 3.5 模型曲线与试验数据对比
• 3.6 本章小结
• 第四章 混凝土的冻融可靠度分析
• 4.1 可靠度理论
• 4.2 考虑荷载与冻融共同作用的混凝土可靠度分析
• 4.2.1 可靠度模型
• 4.2.2 失效概率
• 4.2.3 算例分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 多因素耦合作用下混凝土结构的剩余寿命预测
• 5.1 冻融循环下混凝土的剩余寿命预测
• 5.1.1 轴向荷载与冻融共同作用下混凝土剩余寿命预测分析
• 5.1.2 弯曲荷载与冻融共同作用下混凝土剩余寿命预测分析
• 5.2 结构可靠度分析计算方法
• 5.3 预测混凝土结构剩余服役寿命的计算步骤
• 5.4 算例分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文的主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集