本文選題：錨桿錨固結(jié)構(gòu) + 多因素耦合��； 參考：《重慶大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：隨著中國(guó)的改革開(kāi)放和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn),特別是 一帶一路‖戰(zhàn)略的實(shí)施,錨桿錨固結(jié)構(gòu)在我國(guó)巖土錨固工程中得到空前廣泛的應(yīng)用。其發(fā)展速度之快、應(yīng)用規(guī)模之大,應(yīng)用量之多已躍居世界之首。但另一方面,錨桿錨固結(jié)構(gòu)所處自然環(huán)境大多十分惡劣,各種腐蝕性介質(zhì)及雜散電流廣泛存在,同時(shí)在荷載的作用下,還存在嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕。錨桿錨固結(jié)構(gòu)在這樣的工作環(huán)境和長(zhǎng)期使用條件下會(huì)逐漸老化,損傷甚至破壞,世界各地均發(fā)生過(guò)由于耐久性不足而導(dǎo)致錨固失效的工程實(shí)例,有學(xué)者甚至將之比喻為 定時(shí)炸彈‖�？梢�(jiàn),錨固體結(jié)構(gòu)耐久性研究的重要性和緊迫性。世界范圍內(nèi)的眾多學(xué)者對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量理論與實(shí)驗(yàn)研究,深入研討了各種實(shí)際工程中遇到的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題。但其研究范圍主要局限于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境、受力狀態(tài)與錨固體結(jié)構(gòu)有著較大的差別,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果不能完全直接運(yùn)用于錨固結(jié)構(gòu)。錨桿錨固結(jié)構(gòu)耐久性研究工作意義重大,但該領(lǐng)域的研究尚處于基礎(chǔ)階段,相關(guān)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ�、試�?yàn)方法、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析、實(shí)驗(yàn)成果與實(shí)際工程評(píng)估體系的結(jié)合等都還有大量問(wèn)題亟需解決。在土壤及巖石環(huán)境中,影響錨固體結(jié)構(gòu)耐久性的因素很多,且這些因素相互影響,表現(xiàn)出很強(qiáng)的隨機(jī)性和模糊性,本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論分析,對(duì)多因素耦合條件下錨桿錨固系統(tǒng)的腐蝕退化機(jī)理進(jìn)行分析;對(duì)多種腐蝕介質(zhì)與應(yīng)力作用復(fù)合條件下錨桿錨固結(jié)構(gòu)耐久性影響因素進(jìn)行了研究,結(jié)合層次分析法和模糊數(shù)學(xué)理論,采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法評(píng)估了錨固結(jié)構(gòu)的耐久性。具體的工作及成果如下:(1)設(shè)計(jì)符合實(shí)際受力狀態(tài)的新型錨桿試件,建立考慮多因素耦合的錨桿錨固結(jié)構(gòu)耐久性試驗(yàn)系列新方法。對(duì)錨固試件使用不同濃度的單一介質(zhì)腐蝕溶液、復(fù)合介質(zhì)腐蝕溶液在長(zhǎng)期浸泡、浸烘循環(huán)、長(zhǎng)期荷載等復(fù)合條件下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,研究錨桿錨固系統(tǒng)在復(fù)雜因素作用下的腐蝕損傷機(jī)理,為研究錨桿體在多因素耦合作用下的腐蝕介質(zhì)擴(kuò)散規(guī)律提供支撐。(2)使用熱學(xué)方法對(duì)腐蝕介質(zhì)在錨固體內(nèi)部擴(kuò)散的過(guò)程進(jìn)行了研究。本文通過(guò)對(duì)比PFC2D的熱學(xué)模擬結(jié)果與理論公式結(jié)果,驗(yàn)證了PFC2D熱學(xué)模擬的正確性。進(jìn)行了單一氯離子在水泥砂漿錨固體中擴(kuò)散的PFC2D模擬、浸烘循環(huán)的模擬、硫酸鹽對(duì)氯離子在砂漿錨固體中擴(kuò)散的影響模擬研究,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。(3)創(chuàng)新性的使用細(xì)觀斷裂力學(xué)理論對(duì)錨固體在長(zhǎng)期拉應(yīng)力作用下的微裂縫開(kāi)展進(jìn)行了研究。本文通過(guò)化學(xué)反應(yīng)速率理論和裂紋增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)知識(shí)推導(dǎo)了錨固體在長(zhǎng)期拉應(yīng)力作用下裂紋開(kāi)展的時(shí)間效應(yīng)相關(guān)參數(shù),然后結(jié)合PFC2D的平行黏結(jié)模型推導(dǎo)了如何計(jì)算時(shí)間增長(zhǎng)減少平行黏結(jié)直徑、估計(jì)黏結(jié)失效的時(shí)間。本文進(jìn)行了錨固體在長(zhǎng)期拉應(yīng)力作用下的應(yīng)力腐蝕裂紋模擬研究,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。(4)進(jìn)行了考慮化學(xué)腐蝕對(duì)應(yīng)力腐蝕影響的研究。實(shí)驗(yàn)證明,腐蝕介質(zhì)進(jìn)入砂漿錨固體內(nèi)部,發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成難溶的鹽類礦物,引起膨脹、開(kāi)裂,導(dǎo)致砂漿錨固體的劣化,加速了應(yīng)力腐蝕的發(fā)生。本文通過(guò)PFC2D的熱學(xué)計(jì)算模塊和力學(xué)計(jì)算模塊研究這種影響。在計(jì)算過(guò)程中,根據(jù)熱學(xué)模塊的計(jì)算結(jié)果獲得氯離子濃度;再調(diào)用應(yīng)力腐蝕子程序,利用氯離子濃度對(duì)混凝土裂紋擴(kuò)張臨界應(yīng)力進(jìn)行修正,模擬砂漿錨固體的開(kāi)裂情況。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比證明這一方法比單純考慮應(yīng)力腐蝕的計(jì)算方法更加接近實(shí)際。(5)建立了 考慮熱學(xué)-細(xì)觀力學(xué)耦合的錨固體內(nèi)部腐蝕介質(zhì)擴(kuò)散模擬方法‖。在計(jì)算過(guò)程中,進(jìn)行PFC2D的熱學(xué)模塊和力學(xué)模塊的耦合計(jì)算,熱學(xué)模塊輸出氯離子濃度分布情況,力學(xué)模塊根據(jù)氯離子濃度對(duì)應(yīng)力腐蝕的結(jié)果進(jìn)行修正;另一方面力學(xué)模塊輸出模型的應(yīng)力、裂紋生成等信息,熱學(xué)模塊讀取這些信息后允許模型的熱學(xué)邊界做出修正,生成新的熱學(xué)計(jì)算的 邊界條件‖。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比,證明耦合計(jì)算能較好地模擬砂漿錨固體在長(zhǎng)期拉力以及腐蝕介質(zhì)復(fù)合作用下的開(kāi)裂和腐蝕的情況。(6)分析了腐蝕性離子侵蝕錨固體和鋼筋開(kāi)始腐蝕失效的各種不確定因素,建立了基于一次二階矩理論的半分析概率預(yù)測(cè)模型,用于計(jì)算錨固系統(tǒng)達(dá)到一定概率發(fā)生腐蝕破壞或者鋼筋達(dá)到腐蝕失效需要的試件,與傳統(tǒng)的確定性分析模型相比,新模型可以研究錨固體系的腐蝕失效概率關(guān)于各參數(shù)的敏感性,可以分析這些影響因素的平均值和變異系數(shù)的影響。(7)從結(jié)構(gòu)層次全面分析了影響錨固體結(jié)構(gòu)耐久性的各種因素及其特點(diǎn),建立錨固結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估新方法。利用層次分析和模糊數(shù)學(xué)理論,突破停留在構(gòu)件層次上的錨固結(jié)構(gòu)耐久性研究,從結(jié)構(gòu)層次討論錨固結(jié)構(gòu)耐久性,與實(shí)際工況更為接近。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論分析,對(duì)多因素耦合條件下錨桿錨固結(jié)構(gòu)耐久性展開(kāi)了一系列研究,希望取得的研究成果能起到拋磚引玉的作用,為今后的研究提供一些思路與方法。
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本文編號(hào)：1803083