基于Monte Carlo法的海工混凝土结构耐久可靠度分析

论文摘要

目前,氯离子侵蚀环境下钢筋混凝土结构的耐久性问题是土木学术界和工程界倍受关注的问题之一。由于氯离子的侵蚀,钢筋混凝土中钢筋锈蚀,结构的耐久性能逐渐衰退,危害了结构的承载能力,降低了结构的使用寿命。因此,在确定氯离子侵蚀环境下的混凝土构件的使用状态和耐久使用年限,是需要深入研究的重要课题。本文对氯离子侵蚀环境下的钢筋混凝土结构耐久性寿命预测的有关问题进行了深入系统地研究,主要完成了一下主要研究工作并取得相应成果:在国内对氯离子侵蚀环境下混凝土结构耐久性研究成果的基础上,总结建立了氯离子扩散系数与水泥种类、水灰比、环境温度湿度和环境作用时间等的关系式。根据总结的各参数关系式,基于有限差分法,分别编制了模拟混凝土中氯离子一、二维扩散的程序。该程序能模拟复杂条件下海工混凝土构件内部的氯离子累积状况,经对比分析,计算结果合理且精度满足工程要求。在基于有限差分法分析钢筋混凝土结构钢筋表面氯离子浓度随服役年限关系的基础上,应用Monte Carlo方法设计了计算钢筋脱钝的随机可靠度的程序。该程序可以计算任意时刻海工混凝土构件钢筋脱钝的概率,而且具有考虑因素全面,界面简洁和操作简单等优点。应用编制的软件,量化分析了一、二维氯离子侵蚀下不同保护层厚度、水灰比、水泥掺加料等随机变量时海工混凝土钢筋脱钝的概率,并提出海工混凝土工程设计的建议。从而为海工混凝土的耐久性设计和耐久寿命预测提供了简洁的方法和途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 海工混凝土结构的耐久性
• 1.2 海工混凝土结构耐久性问题的研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 参考文献
• 2 氯离子作用下混凝土内钢筋的锈蚀
• 2.1 氯离子作用下钢筋锈蚀的机理
• 2.1.1 破坏钝化膜
• 2.1.2 形成腐蚀电池
• 2.1.3 去极化作用
• 2.1.4 导电作用
• 2.2 氯离子对混凝土的扩散模型
• 2.2.1 基于 Fick 第二定律的扩散模型
• 2.2.1.1 Fick 第二定律模型
• 2.2.1.2 修正的 Fick 第二定律模型
• 2.2.2 基于扩散—对流—电场共同作用模型
• 2.3 氯离子扩散的影响因素
• 2.3.1 氯离子的扩散系数
• 2.3.2 混凝土构件表面氯离浓度
• 2.3.3 钢筋脱钝的临界氯离子浓度
• 参考文献
• 3 混凝土中氯离子一、二维传输的差分解
• 3.1 混凝土中氯离子一维传输的有限差分解
• 3.1.1 混凝土中氯离子一维传输有限差分的原理
• 3.1.2 混凝土中氯离子传输一维有限差分程序的设计
• 3.1.3 混凝土中氯离子传输一维有限差分程序的验证
• 3.2 混凝土中氯离子二维传输的有限差分解
• 3.2.1 混凝土中氯离子二维传输有限差分解的原理
• 3.2.2 混凝土中氯离子二维传输有限差分程序的设计
• 3.2.3 混凝土中氯离子二维传输有限差分程序的验证
• 3.3 结论
• 参考文献
• 4 海工混凝土结构的耐久可靠度分析
• 4.1 结构可靠度计算方法
• 4.2 Monte Carlo 法及其误差
• 4.3 Monte Carlo 法随机变量的参数取值
• 4.4 基于 Monte Carlo 法的耐久可靠度程序
• 参考文献
• 5 工程实例计算
• 5.1 一维氯离子扩散作用下混凝土结构耐久可靠度分析
• 5.2 二维氯离子扩散作用下混凝土结构耐久可靠度分析
• 5.3 结论
• 6 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 附录 I :攻读学位期间发表的学术论文目录