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预应力结构盐冻环境下的耐久性数值模拟研究

陈妤

   现代预应力混凝土结构以其优越的性能广泛地应用于土木、建筑、水利和交通工程等各个领域。与其它结构一样,预应力混凝土结构长期在侵蚀环境作用下也会出现耐久性失效。对于普通混凝土结构而言,冻融与氯盐的影响研究得比较早。然而目前国内外对预应力混凝土结构的耐久性基础理论及其设计方法的研究不多,相关方面的计算机仿真数值试验研究则更是少见。为此,本文在国家自然科学基金以及江苏省自然科学基金的联合资助下,围绕预应力混凝土结构的耐久性及其数值试验开展了以下几个方面的工作: 1.选取了预应力混凝土框架中常用的单侧配置预应力筋的梁作为研究对象,在构件进行有限次冻融循环和一定浓度氯离子侵蚀后预应力混凝土梁静载试验,研究了在不同侵蚀指标、不同预应力度下构件的承载力、正常使用劣化特点和损伤规律,并且对构件中氯离子的含量进行了测定,获得适用于该环境下的耐久性可靠度分析参数; 2.根据试验结果通过试验研究,分析讨论了冻融循环次数和氯离子侵蚀对预应力混凝土梁受力性能的影响,建立了冻融循环作用下预应力构件氯离子扩散一维及二维模型,并利用计算机技术和数值方法,对构件指定腐蚀行为进行了计算机数值仿真模拟,为预应力结构耐久性的细观、微观尺度研究奠定了基础; 3.分析讨论了预应力结构在冻融时的氯离子扩散机理及其影响因素,并探讨了扩散深度的预测数学模型,将混凝土强度,保护层厚度,预应力度,计算模式不确定性系数作为随机变量,以混凝土的氯离子扩散深度作为一个随时间变化的随机过程,建立了在冻融条件下氯离子扩散到钢筋表面的概率随机模型,并借助结构可靠度理论进行了结构可靠性分析和耐久寿命预测; 4.在明确环境作用等级以及结构构件设计使用年限的基础上,根据预应力结构耐久性设计的主要内容及提高预应力结构构件耐久性的措施和改善结构整体耐久性的主要途径,提出了一种以结构耐久性能和可靠度理论为基础的预应力结构耐久性设计方法,并给出了便于工程使用的预应力结构耐久性设计的基本方法与提高耐久性的构造措施。 本文主要开展了预应力混凝土结构构件的耐久性模型试验研究,分析了在冻融循环和氯离子侵蚀共同作用下预应力混凝土构件耐久性发展的行为及其对构件性能的影响;通过数值模拟分别探讨了水灰比、应力水平和龄期系数等因素对除冰盐环境、海上盐雾区和浪溅区结构中氯离子扩散的影响;并提出了相应的设计理论和提高结构耐久性的措施。研究成果将为建筑设计、施工部门和预应力混凝土结构耐久性设计规范提供理论依据和参考价值。……   
[关键词]:预应力结构;数值模拟;氯离子侵蚀;冻融循环;耐久性设计
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:江苏大学2008年