考虑服役环境和钢筋锈蚀形态的桥梁可靠度分析

论文摘要

锈蚀是引起钢筋混凝土桥梁失效的最主要因素。钢筋锈蚀主要引起钢筋截面积减少,钢筋的力学性能下降,混凝土保护层开裂甚至脱落以及钢筋与混凝土之间的粘结性能退化。这几个因素互相影响,最终导致钢筋混凝土桥梁失效。本文通过通电加速锈蚀钢筋混凝土构件和机械加工模拟坑蚀两种方法来研究锈蚀钢筋的力学性能退化规律。基于试验结果和现有研究成果,考虑钢筋屈服荷载降低、钢筋和混凝土粘结性能退化,分析了一般大气环境和海洋环境下的锈蚀钢筋混凝土桥梁的时变可靠度。本文主要研究成果如下：(1)采用通电加速锈蚀钢筋混凝土构件和机械加工模拟坑蚀两种方法来研究锈蚀钢筋的力学性能：利用机械加工模拟钢筋蚀坑,研究蚀坑参数,包括蚀坑深度、长度、形状、数目、间距和位置关系对钢筋力学性能的影响；利用通电加速锈蚀来模拟钢筋的实际锈蚀,讨论了锈蚀钢筋力学性能与钢筋平均称重锈蚀率、最小剩余截面积损失率之间的关系。试验结果表明钢筋的屈服荷载和极限荷载主要是由钢筋的最小剩余截面积控制,蚀坑带来的应力集中现象对钢筋实际强度的影响并不大。(2)结合本文试验数据.整理和分析已有研究成果,建立了三种锈蚀钢筋强度计算模型：模型a—假设钢筋为均匀锈蚀的钢筋强度模型、模型b—考虑局部坑蚀的钢筋强度模型、模型c—考虑局部坑蚀的钢筋强度改进模型。其中,模型c,考虑了实际锈蚀钢筋的锈蚀形态和锈蚀发展过程,更加符合实际工程。(3)根据本文试验结果和已有研究成果,建立了两种不同服役环境：一般大气环境下和海洋环境下,综合考虑锈蚀钢筋力学性能变化、钢筋与混凝土粘结退化的钢筋混凝土梁的弯曲抗力退化模型,并在现有荷载模型基础上,采用蒙特卡洛法和验算点法(JC法)分析钢筋混凝土桥梁的时变可靠度。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 锈蚀钢筋混凝土结构的性能退化的研究现状
• 1.2.1 锈蚀钢筋力学性能退化的研究现状
• 1.2.2 锈蚀钢筋混凝土保护层锈胀开裂的研究现状
• 1.2.3 锈蚀钢筋与混凝土之间粘结性能退化的研究现状
• 1.3 既有桥梁的时变可靠度研究现状
• 1.3.1 结构可靠度理论发展与应用
• 1.3.2 结构可靠度的实用计算方法
• 1.3.3 既有桥梁的时变可靠度
• 1.4 本文的主要研究工作
• 参考文献
• 2 锈蚀钢筋的力学性能试验
• 引言
• 2.1 试验设计
• 2.1.1 试验目的
• 2.1.2 钢筋加速锈蚀
• 2.1.3 钢筋的机械加工
• 2.1.4 试验
• 2.2 试验结果
• 2.2.1 通电锈蚀试验结果
• 2.2.2 机械加工试验结果
• 2.3 本章小结
• 参考文献
• 3 锈蚀钢筋混凝土桥梁的时变可靠度
• 引言
• 3.1 结构可靠度的基本概念
• 3.2 抗力模型
• 3.2.1 钢筋锈蚀速率
• 3.2.2 锈蚀钢筋的屈服荷载
• 3.2.3 粘结力退化
• 3.2.4 钢筋混凝土梁的抗弯承载力
• 3.3 荷载模型
• 3.3.1 恒载和恒载效应
• 3.3.2 活载和活载效应
• 3.4 可靠度计算方法
• 3.4.1 验算点法（JC法）
• 3.4.2 蒙特卡洛模拟法
• 3.4.3 结构体系可靠度
• 3.4.4 结构失效风险
• 3.5 算例
• 3.5.1 荷载效应
• 3.5.2 碳化环境下
• 3.5.3 氧离子侵蚀环境下
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 4 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 本文的主要创新点
• 4.3 展望
• 附录