基于可靠性分析的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久壽命預(yù)測(cè).pdf

1、目前，氯離子侵蝕環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題是土木工程學(xué)術(shù)界和工程界備受關(guān)注的問題之一。由于氯離子的侵蝕、混凝土中鋼筋銹蝕，結(jié)構(gòu)的耐久性能逐漸衰退，危害了結(jié)構(gòu)的承載能力，降低了結(jié)構(gòu)的使用壽命。因此，在結(jié)構(gòu)投入一定使用年限后，根據(jù)結(jié)構(gòu)服役期間的狀況和荷載、外界環(huán)境等信息，對(duì)損傷后混凝土構(gòu)件的性能進(jìn)行評(píng)定，確定結(jié)構(gòu)的使用狀態(tài)和耐久使用年限，是需要深入研究的重要課題。 本論文在國內(nèi)外對(duì)氯離子侵蝕環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究成果的基礎(chǔ)

2、上，綜合運(yùn)用概率理論、結(jié)構(gòu)可靠性理論、混凝土結(jié)構(gòu)理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)理論等基本理論和方法，結(jié)合實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)，按照氯離子侵蝕、鋼筋銹蝕、銹蝕構(gòu)件性能、銹蝕構(gòu)件壽命預(yù)測(cè)的思路對(duì)氯離子侵蝕環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久壽命預(yù)測(cè)的有關(guān)問題進(jìn)行了深入系統(tǒng)地研究，完成以下主要研究工作并取得相應(yīng)成果： 1、提出了氯離子侵蝕下基于規(guī)定可靠指標(biāo)的混凝土結(jié)構(gòu)耐久壽命的概率計(jì)算方法。建立了基于規(guī)定可靠指標(biāo)的混凝土耐久壽命的隨機(jī)預(yù)測(cè)模型，通過探討影

3、響因素的概率分布，分析了耐久可靠性的發(fā)展規(guī)律，運(yùn)用工程實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)本文提出的耐久壽命方法進(jìn)行了驗(yàn)證。通過建立腐蝕初始時(shí)間的概率模型，得出腐蝕初始時(shí)間的分布規(guī)律和概率密度函數(shù)。分析結(jié)果表明，利用該方法可以比較準(zhǔn)確地計(jì)算氯離子侵蝕環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久壽命。本文的分析完善了氯離子侵蝕環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久壽命的預(yù)測(cè)方法。 2、建立了均勻腐蝕鋼筋和局部腐蝕鋼筋的可靠性分析方法。根據(jù)工程實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，通過K-S檢驗(yàn)得出了均勻腐

4、蝕深度服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，局部腐蝕深度服從極值Ⅰ型分布的規(guī)律。探討了腐蝕鋼筋的可靠度計(jì)算方法，得出了腐蝕鋼筋可靠性能隨服役年限衰退的發(fā)展規(guī)律。分析了最大腐蝕深度與平均腐蝕深度比值的概率分布特征，通過K-S檢驗(yàn)分析表明比值分布為正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布，這個(gè)指標(biāo)建立了鋼筋銹蝕整體平均狀況與最嚴(yán)重狀況的關(guān)系。本文研究得出的鋼筋腐蝕程度統(tǒng)計(jì)規(guī)律，反映了腐蝕鋼筋的概率特性，將為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)考慮鋼筋銹蝕的耐久性評(píng)估及耐久可靠性研究提供理論依據(jù)。

5、 3、建立了基于坑蝕隨機(jī)性的混凝土構(gòu)件抗彎可靠性分析的簡(jiǎn)化模型，分析了基于坑蝕隨機(jī)性的銹蝕鋼筋面積參數(shù)和抗力統(tǒng)計(jì)參數(shù)的變化，得出了銹蝕鋼筋面積參數(shù)、受彎構(gòu)件抗力統(tǒng)計(jì)參數(shù)的變化趨勢(shì)和可靠性能的發(fā)展規(guī)律。研究結(jié)果表明，坑蝕隨機(jī)性對(duì)混凝土構(gòu)件抗彎可靠性能的影響較為顯著，所導(dǎo)致的可靠指標(biāo)的降低明顯，可靠指標(biāo)隨著獨(dú)立同分布的隨機(jī)變量的數(shù)目的增大而減小，并隨著服役年限的增加下降較快。本文的分析完善了基于鋼筋銹蝕的混凝土構(gòu)件可靠性分析的方法。

6、 4、提出了鋼筋銹蝕損傷的動(dòng)力診斷方法?？紤]到銹蝕后混凝土構(gòu)件剛度下降的特點(diǎn)，建立了鋼筋銹蝕引起的剛度下降預(yù)測(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，給出了用模態(tài)分析技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)銹蝕引起的剛度下降進(jìn)行損傷識(shí)別的步驟，分析了銹蝕率與剛度下降之間的關(guān)系，建立了承載力降低系數(shù)與銹蝕率之間關(guān)系的模型。利用本文提出的銹蝕損傷診斷的方法，對(duì)銹蝕后混凝土構(gòu)件的損傷狀況進(jìn)行了評(píng)定。研究結(jié)果表明，本文提出的銹蝕鋼筋損傷的動(dòng)力診斷方法可以明確承載力降低系數(shù)和鋼筋銹蝕率的關(guān)

7、系，有效地預(yù)測(cè)混凝土構(gòu)件中鋼筋銹蝕的損傷狀況，是對(duì)銹蝕鋼筋損傷檢測(cè)方法和評(píng)定的完善和補(bǔ)充。 5、分析了受壓區(qū)鋼筋銹蝕對(duì)混凝土構(gòu)件承載力的影響。受壓區(qū)鋼筋銹蝕后，銹脹力產(chǎn)生的沿鋼筋周圍的環(huán)向拉應(yīng)力，使得受壓區(qū)混凝土承受拉壓雙向應(yīng)力，從而降低了鋼筋周圍混凝土的抗壓強(qiáng)度?？紤]這一特點(diǎn)，提出了受壓區(qū)鋼筋銹蝕的受彎構(gòu)件承載力分析的基本假定和銹蝕開裂前后的承載力計(jì)算分析模型，推導(dǎo)了受壓區(qū)鋼筋銹蝕的受彎構(gòu)件銹蝕開裂前后的承載力計(jì)算公式，對(duì)比分

8、析了無銹蝕和銹蝕開裂前后的混凝土構(gòu)件的承載力。理論分析計(jì)算表明，受壓區(qū)鋼筋銹蝕的混凝土構(gòu)件對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響在銹蝕開裂前較明顯，銹蝕開裂后鋼筋銹蝕對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響不大。本文提出的受壓區(qū)鋼筋銹蝕開裂前后的承載力計(jì)算模型，可為銹蝕鋼筋混凝土構(gòu)件承載力分析和壽命預(yù)測(cè)提供理論基礎(chǔ)。 6、提出了基于可靠性的混凝土結(jié)構(gòu)耐久壽命預(yù)測(cè)方法。定義了基于可靠性的壽命預(yù)測(cè)概念，給出了壽命預(yù)測(cè)方法的步驟，明確了結(jié)構(gòu)的性能水準(zhǔn)及相應(yīng)的極限狀態(tài)。

9、算例分析表明，這種壽命預(yù)測(cè)的方法可將氯離子侵蝕環(huán)境下的壽命與結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，使得結(jié)構(gòu)壽命的含義更加明確。對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)的壽命預(yù)測(cè)分析表明，本文提出的方法可以有效地預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的耐久壽命。 綜上所述，本文針對(duì)氯離子侵蝕環(huán)境下耐久壽命的概率分析、銹蝕鋼筋的概率分析、銹蝕構(gòu)件的可靠性能、銹蝕構(gòu)件的動(dòng)力診斷方法、銹蝕構(gòu)件的承載力問題以及基于可靠性的耐久性壽命預(yù)測(cè)等若干問題進(jìn)行了研究，并取得相應(yīng)成果。最后，本文對(duì)有待于進(jìn)一