基于可靠性分析的钢筋混凝土结构耐久寿命预测

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工程学术界和工程界备受关注的问题之一。由于氯离子的侵蚀、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,在结构投入一定使用年限后,根据结构服役期间的状况和荷载、外界环境等信息,对损伤后混凝土构件的性能进行评定,确定结构的使用状态和耐久使用年限,是需要深入研究的重要课题。本论文在国内外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,综合运用概率理论、结构可靠性理论、混凝土结构理论、神经网络理论、结构动力学理论等基本理论和方法,结合实际检测数据,按照氯离子侵蚀、钢筋锈蚀、锈蚀构件性能、锈蚀构件寿命预测的思路对氯离子侵蚀环境下钢筋混凝土结构耐久寿命预测的有关问题进行了深入系统地研究,完成以下主要研究工作并取得相应成果:1、提出了氯离子侵蚀下基于规定可靠指标的混凝土结构耐久寿命的概率计算方法。建立了基于规定可靠指标的混凝土耐久寿命的随机预测模型,通过探讨影响因素的概率分布,分析了耐久可靠性的发展规律,运用工程实际检测数据对本文提出的耐久寿命方法进行了验证。通过建立腐蚀初始时间的概率模型,得出腐蚀初始时间的分布规律和概率密度函数。分析结果表明,利用该方法可以比较准确地计算氯离子侵蚀环境下混凝土结构的耐久寿命。本文的分析完善了氯离子侵蚀环境下混凝土结构耐久寿命的预测方法。2、建立了均匀腐蚀钢筋和局部腐蚀钢筋的可靠性分析方法。根据工程实际检测数据的统计分析,通过K-S检验得出了均匀腐蚀深度服从对数正态分布,局部腐蚀深度服从极值Ⅰ型分布的规律。探讨了腐蚀钢筋的可靠度计算方法,得出了腐蚀钢筋可靠性能随服役年限衰退的发展规律。分析了最大腐蚀深度与平均腐蚀深度比值的概率分布特征,通过K-S检验分析表明比值分布为正态分布或对数正态分布,这个指标建立了钢筋锈蚀整体平均状况与最严重状况的关系。本文研究得出的钢筋腐蚀程度统计规律,反映了腐蚀钢筋的概率特性,将为钢筋混凝土结构考虑钢筋锈蚀的耐久性评估及耐久可靠性研究提供理论依据。3、建立了基于坑蚀随机性的混凝土构件抗弯可靠性分析的简化模型,分析了基于坑蚀随机性的锈蚀钢筋面积参数和抗力统计参数的变化,得出了锈蚀钢筋面积参数、受弯构件抗力统计参数的变化趋势和可靠性能的发展规律。研究结果表明,坑蚀随机性对混凝土构件抗弯可靠性能的影响较为显著,所导致的可靠指标的降低明显,可靠指标随着独立同分布的随机变量的数目的增大而减小,并随着服役年限的增加下降较快。本文的分析完善了基于钢筋锈蚀的混凝土构件可靠

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 氯离子侵蚀环境下钢筋混凝土结构耐久性研究的意义
• 1.2 氯离子侵蚀环境下钢筋混凝土结构耐久性研究的现状
• 1.2.1 混凝土结构耐久性研究现状
• 1.2.2 耐久性研究存在的主要问题
• 1.3 基于可靠性的寿命预测
• 1.4 本文研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 氯离子侵蚀下混凝土结构耐久寿命的概率分析
• 2.1 锈蚀的钢筋混凝土耐久寿命定义
• 2.1.1 氯离子侵蚀环境下混凝土锈蚀破坏过程模型
• 2.1.2 氯离子侵蚀寿命预测的确定性研究方法
• 2.2 影响氯离子扩散的因素
• 2.2.1 氯离子扩散影响因素的理论分析
• 2.2.2 氯离子扩散影响因素
• 2.2.3 现有的氯离子扩散模型存在的问题和发展趋势
• 2.3 基于规定可靠指标的混凝土结构耐久寿命预测
• 2.3.1 氯离子侵蚀耐久寿命的概率分析
• 2.3.2 氯离子侵蚀耐久性影响因素的概率特性
• 2.3.3 氯离子侵蚀下钢筋初锈时间的概率分布特征
• 2.3.4 基于规定可靠指标的混凝土结构耐久寿命预测
• 2.4 本章小结
• 第3章 混凝土中钢筋锈蚀的概率统计分析
• 3.1 引言
• 3.2 混凝土中钢筋的锈蚀
• 3.2.1 钢筋腐蚀机理
• 3.2.2 氯离子侵蚀引发的钢筋锈蚀
• 3.3 钢筋均匀锈蚀的概率模型
• 3.3.1 腐蚀深度观测值的统计分析
• 3.3.2 用K-S检验法对均匀腐蚀深度进行拟合性检验
• 3.3.3 均匀锈蚀可靠性分析
• 3.4 钢筋局部锈蚀的概率模型
• 3.4.1 一组局部腐蚀深度观测值的统计分析
• 3.4.2 用K-S检验法对局部腐蚀深度进行拟合性检验
• 3.4.3 局部腐蚀可靠度分析
• 3.5 最大腐蚀深度与平均腐蚀深度比值的概率分布模型
• 3.5.1 最大腐蚀深度与平均腐蚀深度比值的不确定性
• 3.5.2 最大腐蚀深度与平均腐蚀深度比值分布的假设检验
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于钢筋坑蚀随机性的混凝土构件抗弯可靠性分析
• 4.1 前言
• 4.2 腐蚀引起钢筋面积统计参数的变化
• 4.2.1 最大腐蚀速率与均匀腐蚀速率的关系
• 4.2.2 单个腐蚀坑引起的钢筋截面面积及统计参数的变化
• 4.3 坑蚀随机性对受弯构件可靠性的影响
• 4.3.1 坑蚀随机性对构件可靠性影响的简化模型
• 4.3.2 坑蚀随机性对钢筋面积统计参数的影响
• 4.3.3 钢筋面积变化引起的受弯构件抗力变化
• 4.3.4 坑蚀随机性对受弯构件可靠性的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 锈蚀钢筋混凝土构件的动力诊断方法
• 5.1 前言
• 5.2 锈蚀混凝土构件的动力诊断方法
• 5.3 锈蚀混凝土构件刚度损伤识别的神经网络模型
• 5.3.1 神经网络模型的建立
• 5.3.2 锈蚀构件刚度损伤识别的仿真分析
• 5.4 锈蚀后混凝土构件的刚度
• 5.5 锈蚀钢筋混凝土受弯构件承载力与锈蚀率的关系
• 5.5.1 锈蚀钢筋混凝土受弯构件受力特征
• 5.5.2 锈蚀混凝土构件承载力计算
• 5.5.3 钢筋混凝土受弯构件承载力与锈蚀率的关系
• 5.6 锈蚀混凝土构件的动力诊断
• 5.7 本章小结
• 第6章 受压区钢筋锈蚀对混凝土构件承载力的影响
• 6.1 概述
• 6.2 钢筋混凝土梁的锈蚀分析
• 6.2.1 混凝土抗压强度与锈蚀量的关系
• 6.2.2 钢筋锈胀力的确定
• 6.3 受压区钢筋锈蚀混凝土构件的承载力计算
• 6.3.1 钢筋和混凝土应变的几何关系
• 6.3.2 未开裂的钢筋混凝土构件承载力计算模型
• 6.3.3 开裂后的钢筋混凝土构件承载力计算模型
• 6.4 模型的验证
• 6.4.1 未开裂混凝土构件的承载力计算
• 6.4.2 开裂混凝土构件的承载力计算
• 6.5 本章小结
• 第7章 基于可靠性的混凝土结构耐久寿命预测
• 7.1 前言
• 7.2 耐久寿命
• 7.2.1 结构性能的衰退过程
• 7.2.2 寿命预测
• 7.2.3 结构耐久性终结标准
• 7.2.4 寿命预测的基本方法
• 7.3 基于可靠性的耐久寿命预测方法
• 7.3.1 基于可靠性的耐久寿命
• 7.3.2 基于可靠性的结构耐久寿命预测方法的步骤
• 7.3.3 结构性能水准及相应的极限状态
• 7.3.4 基于可靠性的耐久寿命预测方法
• 7.4 正常使用极限状态的寿命预测
• 7.4.1 基于锈蚀水准的寿命预测
• 7.4.2 基于开裂水准的寿命预测
• 7.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和参与的科研项目
• 致谢