地铁盾构管片钢筋混凝土保护层开裂预测模型研究

发布时间：2017-05-24 11:23

  本文关键词：地铁盾构管片钢筋混凝土保护层开裂预测模型研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：地铁以其具有客运量大、快速等优点正广泛被用来缓解当前日趋繁重的城市交通压力。地铁运行过程中易产生杂散电流,与氯离子耦合作用使混凝土中钢筋加速锈蚀,产生锈胀力,导致钢筋混凝土结构保护层过早开裂,严重威胁地铁结构的正常服役年限。本文依托国家自然科学基金项目《地铁钢筋混凝土界面多尺度腐蚀疲劳损伤及失效机理研究》(51478183),主要针对地铁盾构管片钢筋混凝土结构保护层开裂过程中钢筋锈蚀量依时变化、保护层开裂预测及其评价等问题,采用红外热像仪与电化学工作站PS-268A开展研究。主要工作及研究成果如下:(1)采用电化学工作站,研究了地铁环境下混凝土结构中钢筋锈蚀情况随腐蚀时间的变化规律。研究表明:相比于单一因素作用,杂散电流与氯离子的耦合作用明显加快了钢筋锈蚀。杂散电流强度愈大,Cl-浓度愈高,钢筋腐蚀速率愈大,但随着腐蚀时间的延长,钢筋锈蚀速率逐渐趋于稳定。(2)基于电化学腐蚀原理,通过对比杂散电流强度与Cl-浓度等对混凝土中钢筋锈蚀程度的影响,明确了各影响因素对钢筋锈蚀速率的影响程度。在此基础上建立地铁环境下混凝土中钢筋锈蚀量预测模型。(3)将弹性力学与Faraday定律等知识与实验结果相结合,研究了地铁环境下杂散电流强度与Cl-浓度等对钢筋混凝土结构保护层开裂的影响,立足于钢筋锈蚀量预测模型,建立模拟环境下钢筋混凝土结构保护层开裂预测模型。(4)基于红外热像技术,建立了一种以平均温升为指标的钢筋混凝土保护层开裂评价方法。通过理论分析和实验表明:基于红外热像技术混凝土保护层开裂的评价方法具有快速、准确和重复性好等优点,该方法可以科学合理的评估受地铁环境侵蚀的混凝土内部裂缝深度发展情况。
【关键词】：杂散电流 氯离子 钢筋混凝土结构 混凝土保护层开裂模型 钢筋锈蚀量模型 红外热像 评价方法
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U231.3;U455.43
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 主要符号说明9-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外研究现状以及存在的问题12-17
• 1.2.1 地铁环境下钢筋锈蚀主要影响因素13-14
• 1.2.2 地铁盾构管片保护层开裂测试与评价方法研究14-15
• 1.2.3 地铁盾构管片保护层开裂过程分析15
• 1.2.4 地铁钢筋混凝土保护层开裂模型研究现状15-17
• 1.2.5 存在的问题17
• 1.3 研究目标、研究内容与技术路线17-20
• 1.3.1 研究目标17
• 1.3.2 主要研究内容17-19
• 1.3.3 研究技术路线19-20
• 第二章 原材料与实验方法20-26
• 2.1 主要原材料及性质20-21
• 2.1.1 水泥20
• 2.1.2 骨料20
• 2.1.3 钢筋20-21
• 2.1.4 减水剂21
• 2.2 实验方法21-26
• 2.2.1 试件制作21-22
• 2.2.2 实验装置22-24
• 2.2.3 混凝土锈胀裂纹深度测定方法24
• 2.2.4 红外热像测试实验方法24-26
• 第三章 地铁盾构管片钢筋锈蚀量预测模型26-39
• 3.1 引言26-27
• 3.2 钢筋锈蚀程度分析27-31
• 3.2.1 杂散电流强度影响27-29
• 3.2.2 Cl-浓度影响29-31
• 3.3 钢筋锈蚀模型31-38
• 3.3.1 模型基本理论31-32
• 3.3.2 杂散电流强度影响因子32-34
• 3.3.3 Cl-浓度影响因子34-36
• 3.3.4 模型验证36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 地铁盾构管片保护层开裂预测模型的建立39-52
• 4.1 引言39
• 4.2 理论推导39-45
• 4.2.1 钢筋锈蚀率与锈胀力的关系40-42
• 4.2.2 混凝土保护层锈胀开裂时的钢筋锈蚀率42-45
• 4.3 地铁盾构管片保护层开裂的影响因素分析45-51
• 4.3.1 混凝土抗拉强度46
• 4.3.2 混凝土有效弹性模量46-47
• 4.3.3 混凝土保护层厚度47-48
• 4.3.4 钢筋直径48-49
• 4.3.5 钢筋锈蚀产物体积膨胀率49-50
• 4.3.6 混凝土泊松比50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 地铁盾构管片保护层开裂预测模型的验证52-63
• 5.1 引言52-53
• 5.2 杂散电流与氯离子耦合作用53-55
• 5.2.1 表面外观变化53-54
• 5.2.2 电化学腐蚀参数变化54-55
• 5.3 钢筋混凝土保护层开裂评价方法的建立55-58
• 5.3.1 红外热像检测原理55-57
• 5.3.2 混凝土保护层开裂红外热像评价方法57-58
• 5.4 地铁盾构管片保护层开裂模型验证58-61
• 5.4.1 钢筋混凝土保护层开裂时间的预测59
• 5.4.2 钢筋混凝土保护层实际开裂时间59-60
• 5.4.3 模型验证60-61
• 5.5 本章小结61-63
• 第六章 结论与展望63-66
• 6.1 主要结论63-64
• 6.2 论文创新点64
• 6.3 研究展望64-66
• 参考文献66-69
• 个人简历 在读期间发表的学术论文69-70
• 致谢70

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