氯盐腐蚀下的预应力混凝土梁桥可靠性分析
发布时间：2020-07-24 13:42
【摘要】：预应力混凝土作为一种实惠的高强建筑材料,在建筑工程中的地位不断提高,预应力混凝土梁桥也在近代建筑中占了相当大的比重。然而近年来,不断地有已建成的预应力梁桥因腐蚀破坏发生抗力退化甚至提前失效,尤其是处于富含氯离子环境中的预应力混凝土结构,会受到更加严重的腐蚀影响而失去可靠性,这是由于结构中游离的氯离子会作为催化剂加速腐蚀的过程。为维护结构的可靠性和耐久性,本文对氯盐腐蚀下预应力梁桥的可靠性进行了分析,针对氯离子环境中预应力混凝土的腐蚀开展了探讨和研究。主要内容如下:(1)进行了压应力状态下的盐雾试验,对压应力状态下不同水灰比、不同深度的氯离子含量进行了对比分析。阐述了氯离子传输理论,说明了多方面因素对氯离子扩散的影响,概述了已有研究中应力下的氯离子扩散模型。对氯离子扩散基本模型进行了多因素修正,并使用试验数据对该修正模型进行验证。由修正模型推导出对应的腐蚀开始时间模型,并对不同应力下的结果做出对比。(2)简单介绍了预应力钢绞线腐蚀的机理、断口形态,分别列出了钢筋和钢绞线在均匀腐蚀和点蚀下的腐蚀面积计算方式。由于钢绞线是用特殊工艺制成(7根高强钢丝捻制),其特殊截面几何特性导致其点蚀面积计算十分复杂。现今对钢绞线点蚀面积计算还未有较为明确的研究,本文对钢绞线截面点蚀的路径进行了三种模拟,并说明了这三种模拟方法的特点。之后,提出了简化法以简化模拟在计算时的复杂度,通过将计算值和试验数据对比验证模拟的准确性。对单根钢绞线的抗力模型进行了推导,进而规划出结构抗力的有效取值范围。(3)对结构可靠性进行了简述,列举了一部分可靠度计算方法。以某桥为实例背景,编制MATLAB程序对该桥进行抗力计算,并使用蒙特卡洛法得出该桥服役100年内的失效概率。分别考虑了混凝土强度时变、不同腐蚀电流密度、不同保护层厚度和不同海洋环境对预应力混凝土梁桥失效概率的影响。
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.35
【图文】：
图１．２世界上第一座预应力混凝土桁架桥一－联邦德国芒法尔河谷桥逡逑
逑图１．４开裂破坏逦图１．５腐蚀破坏逡逑以上四种病害在预应力混凝土梁桥中并不是单独存在的，而是相辅相成，互相影响，逡逑彼此深化。本文主要研究预应力混凝土梁的腐蚀破坏，笔者将在下文中对该腐蚀破坏进逡逑行更加详细的介绍。逡逑１．３腐蚀破坏逡逑１．３．１腐蚀破坏的概念和机理逡逑腐蚀破坏是桥梁建筑损害的主要原因之一，腐蚀会导致混凝土结构锈胀开裂，钢筋逡逑结构不完整，截面有效面积减小，导致结构承载性能降低，抗拉及抗弯性能弱化，进而逡逑影响结构整体的耐久和使用寿命。腐蚀发生的原因主要包括混凝土的碳化和氯离子的侵逡逑蚀。逡逑混凝土碳化是大气中的二氧化碳和水结合后，与混凝土的主要成分发生化学反应，逡逑并使其转化为碳酸钙的过程在这个过程中，原本呈碱性的混凝土将会逐渐转化为中逡逑性，ＰＨ值不断降低。当ＰＨ值降低到一定程度时，钢筋表面原有的化学反应生成的保护逡逑膜将遭到破坏。逡逑氯离子侵蚀是结构中游离的氯离子与钢筋发生电化学反应
２．１．３试验结果及结论逡逑本试验中，主要变量有两个，分别是水灰比和应力水平（ＯＭＰａ、８ＭＰａ和１６ＭＰａ）。逡逑无应力时，三种不同水灰比下的氯离子含量随混凝土深度的变化如图２．１所示。逡逑０３逦０．２５邋－Ｉ逡逑ｍ逦Ｘ逦一无应力逡逑０２５邋■邋Ａ逦水灰比。．３５逦0．２邋－逡逑％逦一＾水灰比０．３０逦Ｉ逦—Ａ—应力为８ＭＰａ逡逑ｆ。’２邋－逦＼逦．水灰比Ｗ逦Ｉ邋°－１５邋－逦＼逦＋应力o撸徨义希伞＃保靛澹危苠危卞危苠义希﹀
本文编号：2768922
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.35
【图文】：
图１．２世界上第一座预应力混凝土桁架桥一－联邦德国芒法尔河谷桥逡逑
逑图１．４开裂破坏逦图１．５腐蚀破坏逡逑以上四种病害在预应力混凝土梁桥中并不是单独存在的，而是相辅相成，互相影响，逡逑彼此深化。本文主要研究预应力混凝土梁的腐蚀破坏，笔者将在下文中对该腐蚀破坏进逡逑行更加详细的介绍。逡逑１．３腐蚀破坏逡逑１．３．１腐蚀破坏的概念和机理逡逑腐蚀破坏是桥梁建筑损害的主要原因之一，腐蚀会导致混凝土结构锈胀开裂，钢筋逡逑结构不完整，截面有效面积减小，导致结构承载性能降低，抗拉及抗弯性能弱化，进而逡逑影响结构整体的耐久和使用寿命。腐蚀发生的原因主要包括混凝土的碳化和氯离子的侵逡逑蚀。逡逑混凝土碳化是大气中的二氧化碳和水结合后，与混凝土的主要成分发生化学反应，逡逑并使其转化为碳酸钙的过程在这个过程中，原本呈碱性的混凝土将会逐渐转化为中逡逑性，ＰＨ值不断降低。当ＰＨ值降低到一定程度时，钢筋表面原有的化学反应生成的保护逡逑膜将遭到破坏。逡逑氯离子侵蚀是结构中游离的氯离子与钢筋发生电化学反应
２．１．３试验结果及结论逡逑本试验中，主要变量有两个，分别是水灰比和应力水平（ＯＭＰａ、８ＭＰａ和１６ＭＰａ）。逡逑无应力时，三种不同水灰比下的氯离子含量随混凝土深度的变化如图２．１所示。逡逑０３逦０．２５邋－Ｉ逡逑ｍ逦Ｘ逦一无应力逡逑０２５邋■邋Ａ逦水灰比。．３５逦0．２邋－逡逑％逦一＾水灰比０．３０逦Ｉ逦—Ａ—应力为８ＭＰａ逡逑ｆ。’２邋－逦＼逦．水灰比Ｗ逦Ｉ邋°－１５邋－逦＼逦＋应力o撸徨义希伞＃保靛澹危苠危卞危苠义希﹀
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