【摘要】：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物因過早發(fā)生性能退化而縮減其服役壽命,往往不是由于強(qiáng)度不夠,而是因?yàn)槠淠途眯圆蛔�。目前國�?nèi)外對單一環(huán)境因素如氯離子侵入、碳化導(dǎo)致的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性劣化已有較成熟的研究。但值得注意的是,實(shí)際環(huán)境中混凝土因耐久性不良服役性能下降大多是荷載、環(huán)境和氣候等多因素協(xié)同作用的結(jié)果,這必然與單一環(huán)境因素下的混凝土結(jié)構(gòu)劣化規(guī)律有顯著差異。環(huán)境與荷載耦合作用也不是各單因素作用的簡單疊加,為深入揭示荷載與環(huán)境耦合作用對海工混凝土結(jié)構(gòu)宏觀性能劣化的影響機(jī)理,有必要研究荷載與海洋環(huán)境下混凝土中氯離子的滲透性及其變化規(guī)律,建立混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部微變化與耐久性宏觀劣化之間的相互聯(lián)系。本文開展荷載與海洋環(huán)境耦合作用下海工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究,對碼頭正常使用條件下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件荷載水平進(jìn)行了調(diào)研與分析,研發(fā)了新型荷載與氯鹽侵蝕環(huán)境同步耦合設(shè)備系統(tǒng),并應(yīng)用于疲勞荷載作用下的海工混凝土結(jié)構(gòu)氯離子侵入試驗(yàn)研究,對比靜載下的混凝土氯離子侵入規(guī)律,揭示了疲勞荷載對混凝土氯離子滲透的量化影響規(guī)律,并應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性壽命預(yù)測中。本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)采用理論計(jì)算和現(xiàn)場實(shí)際監(jiān)測相結(jié)合的方法,以華南地區(qū)碼頭工程實(shí)例為調(diào)查對象,分析高樁碼頭典型梁體構(gòu)件使用過程中的荷載狀態(tài)與內(nèi)力,結(jié)果表明若不考慮構(gòu)件自重的影響,碼頭使用狀態(tài)下構(gòu)件荷載水平的取值約為0.1~0.47之間。(2)研制出動(dòng)荷載與海洋環(huán)境同步耦合試驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng),該設(shè)備系統(tǒng)可提供多種頻率與加載方式的交變荷載,能較真實(shí)地模擬海工建筑物在荷載與環(huán)境“同時(shí)耦合作用”的服役環(huán)境,實(shí)現(xiàn)了動(dòng)荷載與氯鹽侵蝕環(huán)境的同步耦合作用。(3)應(yīng)用研制的動(dòng)荷載與海洋環(huán)境同步耦合試驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng),進(jìn)行了鋼筋混凝土的荷載與氯鹽環(huán)境的耦合試驗(yàn)(荷載水平分別為0.5、0.3、0.15,加載頻率分別為2Hz、5Hz、10Hz,噴灑與加載同時(shí)開始同時(shí)結(jié)束,噴灑量約為15L/h),研究荷載和腐蝕同時(shí)作用下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)氯鹽滲透規(guī)律,揭示了交變荷載對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性劣化機(jī)理。(4)通過對已完成耦合試驗(yàn)的試件純彎段取樣進(jìn)行氯離子含量測定,研究荷載與腐蝕耦合作用下氯離子侵蝕機(jī)理及其模型,分析不同荷載水平、不同加載頻率作用下氯離子的傳輸行為,探索荷載與環(huán)境耦合因素之間的相互作用,獲得了氯離子擴(kuò)散系數(shù)的荷載影響因子,進(jìn)而對原有氯離子滲透模型進(jìn)行了修正。(5)通過對耦合作用后的構(gòu)件進(jìn)行內(nèi)部損傷CT掃描試驗(yàn),運(yùn)用各種圖像處理方法和分析手段,探索混凝土裂紋形態(tài)及其演化規(guī)律,找出損傷情況與荷載大小、加載時(shí)間的關(guān)系,確立基于海洋鹽霧環(huán)境和荷載作用下的混凝土損傷規(guī)律,探索了混凝土細(xì)觀損傷演化過程的機(jī)理及其對耐久性退化規(guī)律的影響。(6)基于試驗(yàn)研究成果,對以可靠度理論為基礎(chǔ)而建立的腐蝕誘導(dǎo)期的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性壽命模型中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了修正,建立了疲勞荷載與海洋環(huán)境多因素耦合作用下的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性壽命預(yù)測模型,利用該模型對高樁碼頭的橫梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了耐久性壽命計(jì)算,計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況較為吻合,并將耐久性壽命模型用于碼頭結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性壽命設(shè)計(jì)。
[Abstract]:The service life of reinforced concrete structures is reduced due to premature performance degradation, which is often not due to insufficient strength, but because of their lack of durability. At present, there is a mature research on the deterioration of the durability of concrete structures caused by single environmental factors such as chloride ion invasion and carbonization. The decrease in durability of concrete due to poor durability is mostly the result of multiple factors such as load, environment and climate. It is bound to be significantly different from the law of concrete structure deterioration under single environmental factors. The coupling effect of environment and load is not a simple superposition of the effects of the single factor, so as to reveal the coupling of load and environment in depth. It is necessary to study the permeability and change law of chloride ion in concrete under load and marine environment, and establish the interrelation between the internal micro change of concrete structure and the macroscopic deterioration of durability in concrete structure. In the study of soil structure durability, the load level of reinforced concrete structural members under normal conditions of the wharf is investigated and analyzed. A new type of synchronous coupling system with chlorine salt erosion environment is developed and applied to the experimental study of the chlorinated concrete structure under the fatigue load, and the concrete under static load is compared. The law of chlorine ion invasion reveals the quantitative influence of fatigue load on the chloride ion permeability of concrete and applies it to the durability life prediction of concrete structures. The main contents and conclusions of this paper are as follows: (1) the method of combining theoretical calculation with actual monitoring in the field is used to investigate the case of Southern China pier engineering. The load state and internal force of the typical beam components in the high piled wharf are analyzed. The results show that the load level of the component in the wharf is about 0.1~0.47 without considering the influence of the component weight. (2) developing the synchronous coupling test equipment system of the moving load and the marine environment, which can provide a variety of frequencies and various frequencies. The alternating load of loading method can simulate the "simultaneous coupling action" environment of the marine structure in the load and the environment, and realize the synchronous coupling effect of the dynamic load and the chlorine salt erosion environment. (3) the dynamic load and the synchronous coupling test system of the marine environment are used to carry out the load and chlorine salt of the reinforced concrete. The coupling test of the environment (the load level is 0.5,0.3,0.15 respectively, the loading frequency is 2Hz, 5Hz, 10Hz respectively, at the same time the spraying and loading begin to end at the same time, the spraying amount is about 15L/h), to study the chloride penetration law in the reinforced concrete structure under the load and corrosion simultaneously, and reveal the mechanism of the deterioration of the durability of the concrete structure by the alternating load. (4) The chlorine ion content was measured in the pure bending section sample of the completed coupling test. The mechanism and model of the chloride ion erosion under the coupling of load and corrosion were studied. The transmission behavior of chlorine ion under different loading levels and different loading frequencies was analyzed, and the interaction between the coupling factors of load and environment was explored, and chlorine ion was obtained. The influence factor of the load on the diffusion coefficient is modified, and then the original chloride permeability model is corrected. (5) through the internal damage CT scanning test of the members after the coupling, various image processing methods and analysis methods are used to explore the crack morphology and evolution rules of concrete, and to find out the damage situation and load size and the time of loading. In order to establish the damage law of concrete under the ocean salt fog environment and load, the mechanism of concrete meso damage evolution process and its effect on the law of durability degradation are explored. (6) based on the experimental research results, the durability life model of reinforced concrete structure is established on the basis of reliability theory. The key parameters are modified, and the durability life prediction model of concrete structures under the interaction of fatigue load and marine environment is established. The model is used to calculate the durability life of the crossbeam structure of high pile wharf. The calculation results are in good agreement with the actual situation, and the durability life model is used in the dock junction. Durability life design of structural members.
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TV33

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本文編號：2147316