預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)耐久性與剩余壽命研究.pdf

1、現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)因其良好的使用性能和優(yōu)越的跨越能力而得到公路、鐵路橋梁建設(shè)領(lǐng)域的大規(guī)模使用。預(yù)應(yīng)力橋梁在氣候、環(huán)境等自然因素的影響下，預(yù)應(yīng)力混凝土材料同樣逐漸老化，而日益增加的汽車重載作用損傷也使構(gòu)件力學(xué)性能不斷衰減。不僅如此，高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼材帶來的高應(yīng)力工作狀態(tài)也加劇了應(yīng)力腐蝕后發(fā)生脆性破壞的風(fēng)險(xiǎn)。因而，對(duì)預(yù)應(yīng)力橋梁的耐久性和繼續(xù)正常服役的剩余壽命展開研究，可以真實(shí)的了解預(yù)應(yīng)力橋梁在腐蝕環(huán)境中的可靠度，揭示橋梁耐久性壽命的時(shí)變規(guī)律，

2、并且為預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)的正常安全的使用以及橋梁耐久性設(shè)計(jì)、評(píng)定提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐參考。
　　 本文針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁使用環(huán)境特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)的力學(xué)以及構(gòu)造特征，在總結(jié)已有的耐久性和可靠度研究成果的基礎(chǔ)上，基于可靠度對(duì)預(yù)應(yīng)力橋梁耐久性及剩余壽命問題進(jìn)行了深入的研究，主要研究內(nèi)容為：
　　 1.對(duì)時(shí)變可靠度常用的時(shí)間綜合法，時(shí)間離散法和首次超越概率法進(jìn)行對(duì)比研究，給出了基于時(shí)間離散法的首次超越概率求解時(shí)變可靠度的分析方法，闡明了簡

3、明的求解思路。
　　 2.提出預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的保護(hù)層體系的概念，通過對(duì)應(yīng)力狀態(tài)下碳化擴(kuò)散模型的探討，對(duì)多因素下完全碳化區(qū)和部分碳化區(qū)的碳化反應(yīng)和擴(kuò)散過程進(jìn)行分析，提出了碳化失鈍長度求解方程。建立一般大氣環(huán)境預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性極限狀態(tài)方程，并以之作為結(jié)構(gòu)保護(hù)層厚度取值的重要條件。提出了碳化腐蝕條件下預(yù)應(yīng)力混凝土保護(hù)體系最小厚度的確定方法，并給出了部分代表城市的推薦預(yù)應(yīng)力混凝土保護(hù)體系最小厚度取值。迸一步的，對(duì)應(yīng)力狀態(tài)下氯離子

4、侵蝕和普通鋼筋修正模型進(jìn)行分析，建立氯離子侵蝕環(huán)境預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性極限狀態(tài)方程，從而導(dǎo)出氯鹽侵蝕條件下預(yù)應(yīng)力混凝土保護(hù)體系最小厚度的確定方法，并據(jù)此給出了部分沿海代表城市的推薦氯鹽腐蝕環(huán)境預(yù)應(yīng)力混凝土保護(hù)體系最小厚度取值。
　　 3.從預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力鋼筋銹蝕脫鈍問題和預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中普通鋼筋銹脹開裂問題出發(fā)，以耐久性壽命時(shí)間歷程為分析手段，探討了碳化和氯離子侵蝕兩類腐蝕環(huán)境下PC橋梁結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力鋼筋銹蝕脫鈍時(shí)間和預(yù)應(yīng)力

5、結(jié)構(gòu)中普通鋼筋銹脹開裂時(shí)間，建立了與之對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力鋼筋的腐蝕耐久壽命和普通鋼筋的銹脹開裂壽命，得出了兩種耐久性壽命隨腐蝕環(huán)境和時(shí)空特征變化的規(guī)律：碳化環(huán)境下，北方地區(qū)預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力鋼筋腐蝕耐久壽命小于其普通鋼筋的銹脹開裂壽命，而南方地區(qū)由于高溫濕熱環(huán)境的影響，預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力鋼筋腐蝕耐久壽命大于其普通鋼筋的銹脹開裂壽命。沿海氯鹽環(huán)境下，氯離子的侵蝕較快，預(yù)應(yīng)力鋼筋的初銹時(shí)間和普通鋼筋的銹脹時(shí)間都很短，并且沿海地區(qū)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中的

6、普通鋼筋銹脹開裂往往先于預(yù)應(yīng)力鋼筋銹蝕，其耐久性外觀檢查評(píng)定可以作為預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性評(píng)價(jià)依據(jù)。
　　 4.以概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法作為耐久性設(shè)計(jì)的方法，將PC橋梁結(jié)構(gòu)耐久性極限狀態(tài)和壽命終結(jié)標(biāo)準(zhǔn)各劃分為三類，即PC橋梁預(yù)應(yīng)力鋼筋初銹極限狀態(tài)、PC橋梁結(jié)構(gòu)普通鋼筋銹脹極限狀態(tài)和預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)受力開裂極限狀態(tài)；相對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力鋼筋初銹壽命準(zhǔn)則、預(yù)應(yīng)力橋梁普通鋼筋銹脹壽命準(zhǔn)則和預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)受力開裂壽命準(zhǔn)則。推導(dǎo)了各腐蝕環(huán)境極限狀態(tài)方程形式

7、，給出了3種耐久性極限狀態(tài)的目標(biāo)可靠指標(biāo)建議值。
　　 5.針對(duì)我國橋梁結(jié)構(gòu)尤其是預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害呈現(xiàn)出的巨大的地域差異特征，對(duì)橋梁耐久性環(huán)境展開研究。通過對(duì)預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的分析和論證，確定了以預(yù)應(yīng)力保護(hù)體系厚度的環(huán)境區(qū)劃作為橋梁耐久性環(huán)境區(qū)劃研究的核心內(nèi)容，完成了各環(huán)境影響因素敏感度因子的求解，確立了混凝土強(qiáng)度，溫度和相對(duì)濕度作為橋梁耐久性環(huán)境區(qū)劃指標(biāo)。最后，通過對(duì)碳化和氯鹽環(huán)境中的敏感度因子分析，分別給出了碳化

8、和氯鹽環(huán)境預(yù)應(yīng)力保護(hù)體系厚度全國區(qū)劃，為不同環(huán)境下耐久性設(shè)計(jì)和評(píng)定的開展建立了理論基礎(chǔ)。
　　 6.針對(duì)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)韻荷載和抗力時(shí)變規(guī)律展開研究，通過對(duì)橋梁耐久性壽命基準(zhǔn)期和評(píng)估基準(zhǔn)期的討論，分析了目前橋梁標(biāo)準(zhǔn)荷載對(duì)應(yīng)的一般運(yùn)行狀態(tài)、密集運(yùn)行狀態(tài)荷載變化規(guī)律，推導(dǎo)了基于實(shí)測擬合荷載運(yùn)行狀態(tài)的橋上運(yùn)營荷載在不同評(píng)估期內(nèi)的荷載變化規(guī)律（該荷載為橋梁實(shí)測通行荷載統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析后仿真模擬而得）。對(duì)碳化和氯鹽腐蝕環(huán)境下預(yù)應(yīng)力受力開裂極限狀態(tài)對(duì)