【摘要】：海工混凝土結(jié)構(gòu)由于長(zhǎng)期處于海水中受到氯離子的侵蝕及受外荷載(車輛動(dòng)載、波浪荷載等)的作用導(dǎo)致混凝土內(nèi)部損傷嚴(yán)重,從而降低結(jié)構(gòu)承載力出現(xiàn)耐久性不足的問(wèn)題已非常普遍。而混凝土的損傷程度會(huì)隨其內(nèi)部鋼筋銹蝕程度的加劇及外部荷載作用次數(shù)的累積而加深,因此研究海工混凝土構(gòu)件的損傷演化規(guī)律很有必要,可以為該類結(jié)構(gòu)的損傷評(píng)估、承載力預(yù)估、健康監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警等提供參考。結(jié)合現(xiàn)有研究,本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“波浪作用下海工混凝土結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)損傷試驗(yàn)研究(51508234)”的資助下,基于連續(xù)介質(zhì)損傷及彈性力學(xué)理論,建立了海工混凝土在波浪荷載與鋼筋銹蝕狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)損傷方程;基于物理模型試驗(yàn)探究了混凝土的損傷演化規(guī)律,主要內(nèi)容如下:(1)波浪作用下海工混凝土動(dòng)態(tài)損傷方程研究�；谶B續(xù)介質(zhì)損傷理論,利用殘余應(yīng)變值為損傷變量建立荷載引起的損傷方程;基于厚壁圓筒理論,利用鋼筋銹蝕膨脹后對(duì)混凝土保護(hù)層最外邊緣產(chǎn)生的環(huán)向拉應(yīng)力為損傷變量建立銹蝕損傷方程,確立了鋼筋銹蝕率等材料參數(shù)與銹蝕損傷度的關(guān)系�？紤]到兩者之間相互影響的作用,研究以荷載損傷為主,銹蝕損傷為輔,加入銹蝕損傷影響系數(shù)分析銹蝕損傷對(duì)荷載損傷發(fā)展產(chǎn)生的影響。(2)波浪作用下海工混凝土構(gòu)件動(dòng)態(tài)損傷試驗(yàn)研究。基于線性波理論及Morison方程,將波浪力簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)諧波的循環(huán)荷載進(jìn)行機(jī)械加載模擬;先后進(jìn)行了鋼筋銹蝕試驗(yàn)、模擬波浪作用的循環(huán)加載試驗(yàn)和承載力試驗(yàn),研究混凝土的損傷演化規(guī)律及不同銹蝕率和加載頻率對(duì)試件損傷發(fā)展的影響。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出試件的殘余裂縫寬度、殘余應(yīng)變、荷載損傷度隨疲勞次數(shù)累積呈一致的三階段規(guī)律,其中荷載損傷度在前兩階段內(nèi)隨疲勞次數(shù)變化呈對(duì)數(shù)型分布。鋼筋銹蝕率越大,銹蝕損傷越大,對(duì)荷載損傷的發(fā)展及承載力的影響也越大。(3)承載力退化研究�；炷恋膿p傷必然導(dǎo)致構(gòu)件的承載力退化,基于本文試驗(yàn)數(shù)據(jù),定義承載力損失度D_F為承載力損失量與完好相同構(gòu)件承載力的比值,其與荷載損傷度D間存在良好的指數(shù)型關(guān)系,且D_F隨D的變化具有明顯的階段性。即D0.15時(shí),D_F值接近為0;當(dāng)0.15D0.35時(shí),隨著D的增加,D_F穩(wěn)步增長(zhǎng);當(dāng)D0.35時(shí),D_F急劇增長(zhǎng),直至試件破壞,D_F值到達(dá)1。(4)總結(jié)分析了現(xiàn)有損傷檢測(cè)方法,對(duì)波浪作用及鋼筋銹蝕引發(fā)的損傷提出了損傷檢測(cè)建議,基于連云港港69號(hào)泊位建立一個(gè)工程算例;并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)墩柱構(gòu)件的防護(hù)措施提出了建議。
【圖文】：

(c) 臺(tái)灣漁港西堤侵蝕破壞圖 1.1 波浪對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞情況Fig.1.1 The damage of the wave to the structure91 年的耐久性學(xué)術(shù)會(huì)議上就指出鋼筋銹蝕是工混凝土結(jié)構(gòu)物所處的環(huán)境使得其鋼筋銹蝕離子如Cl ，而 是鋼筋銹蝕的主要腐蝕離性降低，導(dǎo)致鈍化膜損壞，鋼筋便會(huì)形成電而鋼筋的銹蝕不僅使其自身力學(xué)性能降低，結(jié)性能從而影響構(gòu)件承載力，引起眾多國(guó)家國(guó)，每年由鋼筋銹蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到該國(guó)公路管理局報(bào)告指出，美國(guó)每年因鋼筋銹蝕的 3.1%左右；在阿拉伯海和紅海的大量海工 年后鋼筋斷面損失率就高達(dá) 25%，嚴(yán)重降低

（c）銹蝕引起的混凝土開裂狀態(tài) (d) 某橋墩的銹蝕破壞圖 1.2 鋼筋銹蝕損傷實(shí)例Fig.1.2 Examples of corrosion damage of steels由上所述，對(duì)于海工混凝土結(jié)構(gòu)的墩柱構(gòu)件而言，常年受波浪荷載的沖擊作用，混材料內(nèi)部原有的微裂縫、微孔洞等微缺陷會(huì)經(jīng)歷成核、擴(kuò)展和匯合三個(gè)階段[10]。由于個(gè)階段的微細(xì)觀機(jī)理存在差異，從損傷演化的角度看，，其隨時(shí)間和空間的發(fā)展是不連，混凝土內(nèi)部損傷量會(huì)隨著波浪荷載作用呈現(xiàn)出明顯的動(dòng)態(tài)特性[11]。同時(shí)，海洋環(huán)境凝土受氯離子侵蝕引發(fā)鋼筋銹蝕，銹蝕產(chǎn)物體積膨脹，將比原有鋼筋體積增大 2～6]，使得與其接觸的混凝土受到應(yīng)力作用容易產(chǎn)生銹脹裂紋。兩種損傷因素的耦合作用混凝土材料產(chǎn)生宏觀裂縫，損傷持續(xù)累積，最終引起裂縫擴(kuò)展使得整體結(jié)構(gòu)承載力退其是對(duì)于墩柱的浪濺區(qū)部分，其受海水中氯離子侵蝕和波浪作用最為嚴(yán)重，此處也是的最薄弱部分，更容易在物理和化學(xué)的作用下使得混凝土損傷迅速發(fā)展。由于波浪作往復(fù)性、鋼筋銹蝕程度的時(shí)變性、混凝土材料的不均勻性等因素，海工混凝土構(gòu)件存?zhèn)痪鶆蚣坝袆?dòng)態(tài)的特點(diǎn)，且具有一定的損傷累積規(guī)律。因此有必要對(duì)海工混凝土構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P75

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2654644