氯离子环境下钢筋混凝土桥梁耐久性研究

论文摘要

著名专家梅塔教授(P.K.Metha)总结世界50年混凝土结构耐久性状况时,把钢筋腐蚀确认为是影响耐久性的第一因素。而世界范围内大量实践证明,氯盐离子又是引起钢筋腐蚀的“元凶”。因此“盐害”已经是一个世界性问题。而我国又是氯盐环境的大国,更应该对“盐害”引起特别的重视。20世纪末,随着国民经济的迅速发展,公路、桥梁工程建设进入了飞速发展的时期,投资额达到几十亿人民币的重点或重大桥梁建设项目日益增多,由于桥梁工程不仅耗资巨大,而且关系到国计民生,因此其耐久性问题绝对不容忽视。本文正是基于此原因,重点对氯离子环境下钢筋混凝土桥梁的耐久性进行研究,研究的主要内容如下:(1)对氯离子环境下钢筋混凝土桥梁耐久性研究的重要性和意义进行了阐述,并介绍了国内外研究现状。(2)从一般环境下钢筋锈蚀的研究到氯离子环境下钢筋锈蚀的研究,从机理出发,研究了氯离子对钢筋锈蚀的作用。根据前人的研究成果,对氯离子环境下钢筋锈蚀的发展过程和钢筋混凝土锈蚀破坏的过程进行了分析。针对海洋环境提出了按材料划分的基于混凝土控制考虑和基于钢筋控制考虑的耐久性防护措施。(3)从钢筋和混凝土自身的劣化出发,根据Fick扩散定律,推导出沿海氯离子环境下钢筋初始锈蚀时间的计算公式,并对影响钢筋锈蚀的重要参数进行了深入的分析。考虑到氯离子环境下钢筋腐蚀为坑蚀,根据其特点选择了适合的钢筋劣化模型和混凝土劣化模型,总结了国内外关于钢筋混凝土桥梁结构的抗力模型和荷载模型的研究成果,并阐述了基于可靠度理论的桥梁耐久性分析方法。(4)以广西铁山港跨海大桥为工程背景,通过大量现场检测的数据,对铁山港大桥进行了基于外观检测的状态评定,并对30m跨主梁和20m跨桥墩进行了基于时变可靠度理论的耐久性分析。(5)以山东省日照万平口大桥为工程背景,探讨性的对系统可靠度进行了研究,将串联体系可靠度的问题转化到构件层次,并基于此对万平口大桥进行了耐久性分析,同时对影响结构失效概率的一些重要参数进行了对比分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪 论
• 1.1 钢筋混凝土桥梁耐久性研究的重要性
• 1.2 沿海地区钢筋混凝土桥梁耐久性研究的意义
• 1.3 国内外对氯离子环境下钢筋混凝土结构耐久性研究现状
• 1.3.1 材料层次上的研究
• 1.3.2 构件层次上的研究
• 1.3.3 结构层次上的研究
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 氯离子环境钢筋锈蚀的研究
• 2.1 一般情况下的钢筋锈蚀
• 2.1.1 混凝土中钢筋锈蚀的机理
• 2.1.2 混凝土中钢筋锈蚀的条件与类型
• 2.2 氯离子环境的钢筋锈蚀
• 2.2.1 氯离子环境钢筋的锈蚀机理
• 2.2.2 氯离子对钢筋锈蚀的作用
• 2.2.3 氯离子环境钢筋锈蚀的发展过程
• 2.3 钢筋混凝土锈蚀破坏过程分析
• 2.3.1 腐蚀钢筋的力学性能和腐蚀破坏形式
• 2.3.2 钢筋混凝土锈蚀破坏过程分析
• 2.4 海洋环境下防止氯离子侵蚀的原则措施和具体应用
• 2.4.1 基于混凝土控制考虑的钢筋防腐措施
• 2.4.2 基于钢筋控制考虑的防腐措施
• 2.4.3 防腐措施的应用
• 2.5 本章小结
• 第3章 氯离子环境下桥梁耐久性分析
• 3.1 氯离子环境下钢筋混凝土桥梁耐久性抗力主要影响因素分析
• 3.1.1 初始锈蚀
• 3.1.2 初始锈蚀时间
• 3.1.3 氯离子环境下钢筋坑蚀模型
• 3.1.4 氯离子侵蚀引起钢筋开始腐蚀的模型参数分析
• 3.1.5 氯离子环境下混凝土的强度模型
• 3.2 抗力模型
• 3.3 荷载模型
• 3.3.1 桥梁恒载
• 3.3.2 桥梁车辆荷载
• 3.4 基于可靠度理论的桥梁结构耐久性分析方法
• 3.4.1 可靠度与耐久性的定义
• 3.4.2 耐久性极限状态方程
• 3.4.3 可靠度与失效概率及可靠指标
• 3.4.4 可靠度计算方法
• 3.5 本章小结
• 第4章 广西铁山港跨海大桥的耐久性检测与分析
• 4.1 广西铁山港跨海特大桥概述
• 4.2 广西铁山港跨海特大桥钢筋锈蚀的参数检测
• 4.2.1 混凝土外观检测
• 4.2.2 混凝土保护层厚度检测
• 4.2.3 混凝土强度检测
• 4.2.4 碳化深度检测
• 4.2.5 混凝土钢筋的锈蚀程度检测
• 4.2.6 混凝土电阻率检测
• 4.2.7 混凝土中氯离子检测
• 4.3 检测结果
• 4.3.1 外观检测
• 4.3.2 混凝土强度以及碳化深度检测
• 4.3.3 混凝土保护层厚度
• 4.3.4 混凝土中钢筋的半电池电位检测
• 4.3.5 混凝土的电阻率检测
• 4.3.6 混凝土中氯离子含量检测
• 4.4 铁山港大桥耐久性分析
• 4.4.1 铁山港大桥30m 跨主梁耐久性分析
• 4.4.2 铁山港大桥20m 跨桥墩的耐久性分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 日照万平口大桥的耐久性分析
• 5.1 工程概述
• 5.2 山东日照万平口大桥的耐久性分析
• 5.2.1 结构体系可靠度
• 5.2.2 最不利构件的选择
• 5.2.3 对于万平口桥基于可靠度理论的耐久性分析
• 5.2.4 万平口桥累积失效概率的影响因素分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢