地铁隧道衬砌结构钢筋锈蚀及耐久性研究

论文摘要

地铁隧道衬砌结构作为隧道永久支护结构,并对隧道结构的安全起决定性的作用。由于地铁衬砌结构在施工完成后已定型,经若干年运营后,要对衬砌结构因钢筋锈蚀而进行更换或翻修是十分艰难。因此,对地铁隧道衬砌结构钢筋锈蚀及耐久性的研究无疑具有重要的现实意义。地铁因其所处的位置不同而与地上建筑环境、施工工艺、使用功能等有所不同,其耐久性研究也有特殊意义。大量工程实例表明,在影响地铁衬砌结构耐久性的诸因素中,钢筋锈蚀是导致结构过早破坏、结构失效的主要因素。所以,充分研究混凝土中钢筋锈蚀引起衬砌结构耐久性劣化程度至关重要。当前所知,杂散电流、混凝土碳化和氯离子侵蚀三个外部因素是引起地铁隧道衬砌结构钢筋锈蚀的主要原因,其中杂散电流的存在而与地上建筑不同。本文通过对地铁隧道衬砌结构所处的特殊环境进行研究,以杂散电流、碳化和氯离子侵蚀引起地铁衬砌结构破坏为主要影响因素,研究了各自对钢筋锈蚀产生影响的机理,确定三种影响因素对钢筋腐蚀程度和规律,比较分析预测模型,研究分析得出牛荻涛模型预测结果最接近试验结果。最后,对西安市地铁二号线南稍门～草场坡区间隧道衬砌结构进行了寿命预测,预测结果均能满足地铁100年设计使用年限。根据以上研究内容,提出防护措施,其成果可用于指导地铁结构设计与施工。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 混凝土结构耐久性的重要意义
• 1.2.1 混凝土结构的耐久性定义
• 1.2.2 研究混凝土结构耐久性的重要意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 混凝土结构耐久性研究概况
• 1.3.2 地下结构混凝土耐久性研究概况
• 1.3.3 地铁工程衬砌结构耐久性研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 地铁衬砌结构钢筋锈蚀机理及影响因素
• 2.1 地铁隧道衬砌结构的特殊工作环境及形式
• 2.1.1 隧道衬砌结构工作的特殊环境
• 2.1.2 隧道衬砌结构的类型
• 2.1.3 隧道衬砌结构的要求
• 2.2 地铁隧道衬砌结构钢筋锈蚀的机理
• 2.2.1 钢筋锈蚀机理
• 2.2.2 钢筋锈蚀过程
• 2.3 衬砌结构钢筋锈蚀的影响因素
• 2.4 钢筋锈蚀后力学性能的变化
• 2.5 钢筋混凝土钢筋锈蚀率的预测模型与比较分析
• 2.5.1 钢筋锈蚀率的预测模型
• 2.5.2 预测模型的比较分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 杂散电流作用下衬砌结构钢筋锈蚀的耐久性研究
• 3.1 地铁工程杂散电流的腐蚀机理
• 3.1.1 杂散电流的产生
• 3.1.2 杂散电流锈蚀机理
• 3.2 地铁工程杂散电流的主要影响因素
• 3.3 杂散电流对地铁衬砌结构耐久性的影响
• 3.3.1 杂散电流对钢筋锈蚀的影响
• 3.3.2 杂散电流对衬砌结构保护层的影响
• 3.4 杂散电流对地铁衬砌结构腐蚀的危害
• 3.5 防护措施
• 3.5.1 源控制法
• 3.5.2 排流法
• 3.5.3 加掺合料
• 3.5.4 阴极保护法
• 3.6 本章小结
• 第四章 碳化和氯离子作用下衬砌结构钢筋锈蚀的耐久性研究
• 4.1 混凝土碳化机理及影响碳化的因素
• 4.1.1 混凝土碳化机理
• 4.1.2 影响碳化的因素及分析
• 4.2 氯离子侵蚀对钢筋锈蚀的腐蚀机理
• 4.2.1 氯离子侵入途径
• 4.2.2 氯离子对钢筋锈蚀机理
• 4.3 混凝土的碳化模型和氯离子的入侵模型
• 4.3.1 混凝土碳化深度的预测模型
• 4.3.2 碳化模型的比较分析
• 4.3.3 氯离子入侵模型
• 4.3.4 氯离子入侵模型的比较
• 4.4 碳化和氯离子的共同作用
• 4.5 防护措施
• 4.5.1 碳化腐蚀的防护措施
• 4.5.2 氯离子腐蚀的防护措施
• 4.6 本章小结
• 第五章 地铁隧道衬砌结构寿命预测研究
• 5.1 衬砌结构使用寿命评估准则的选取
• 5.1.1 结构寿命的定义
• 5.1.2 衬砌结构使用寿命判定准则的选取
• 5.2 杂散电流作用下地铁衬砌结构的寿命预测
• 5.2.1 衬砌结构钢筋混凝土腐蚀开裂模型
• 5.2.2 衬砌结构寿命预测的计算公式
• 5.2.3 地铁衬砌结构耐久性寿命预测算例
• 5.3 碳化和氯离子作用下地铁衬砌结构的寿命预测
• 5.3.1 钢筋开始锈蚀时间的确定
• 5.3.2 混凝土保护层锈胀开裂时间的确定
• 5.3.3 钢筋锈蚀达到极限状态时间的确定
• 5.3.4 地铁衬砌结构耐久性寿命预测算例
• 5.4 本章小结
• 结论和建议
• 一、结论
• 二、建议和进一步研究
• 参考文献
• 致谢