腐蚀与疲劳耦合作用下钢筋混凝土桥梁寿命预测方法研究

摘要

滨海地区的钢筋混凝土桥梁常年经受两方面的破坏:一方面由于海水中富含腐蚀性的氯离子通过海水和空气运输进入钢筋混凝土桥梁内部,桥梁承受腐蚀环境因素的影响,致使钢筋腐蚀,钢筋混凝土桥梁使用寿命受到影响;另一方面沿海地区运营期桥梁要承受大型车辆重复荷载作用,钢筋混凝土桥梁在重复荷载的作用下容易发生低于静载强度的脆性的疲劳破坏,这两方面的破坏同时存在且具有耦合性。近年来国内外桥梁由于腐蚀环境和疲劳荷载耦合作用造成的结构破坏和经济损失屡见不鲜,因此腐蚀环境和疲劳耦合作用下钢筋混凝土桥梁性能劣化过程相关问题是当今钢筋混凝土桥梁研究的热点之一。
　　在全面系统地总结了目前国内外有关腐蚀环境和疲劳荷载耦合作用下钢筋混凝土结构性能劣化过程问题的研究进展,并通过对相关研究成果分析对比,提出现有研究所存在的不足的基础上,从材料、构件及结构层次上分析钢筋混凝土桥梁在腐蚀与疲劳耦合作用下的退化过程,提出了腐蚀与疲劳耦合作用下钢筋混凝土桥梁寿命预测方法,以应用于工程实际。本文主要工作和结论如下:
　　1、利用二维建模数值模拟方法,对比分析了钢筋混凝土梁内部钢筋产生不同锈坑形状,不同锈蚀深度的情况下其力学性能的变化规律,结果表明随着锈坑深度加深,应力集中现象更加严重。并从构件层次上获得了钢筋不均匀腐蚀对钢筋混凝土结构力学性能影响的量化结果。
　　2、采用参数化多尺度有限元建模技术建立了钢筋混凝土桥梁有限元模型,说明了桥梁多尺度有限元模型的建模方法。
　　3、基于桥梁多尺度模型和车桥耦合振动程序,结合相关理论提出了腐蚀与疲劳耦合作用下钢筋混凝土桥梁寿命的预测方法。通过实例分析某座实际特大桥的腐蚀疲劳寿命,说明本文所提的钢筋混凝土桥梁寿命预测方法的使用方法,并分析了桥梁寿命随着路面状况及车速改变情况的变化规律。结果表明随着路面状况恶化,桥梁寿命缩短;而随着车速的增加,桥梁寿命变化并不大。
　　4、介绍了损伤力学和断裂力学的基本概念和相关理论以及其在钢筋混凝土结构分析中的应用。初步提出了钢筋混凝土桥梁寿命的损伤—断裂预测方法基本原理和计算流程,为进一步深入研究奠定了理论基础。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3存在的主要问题

1.4本文主要工作

第二章 混凝土内部锈蚀钢筋的力学性能

2.1概述

2.2混凝土内部钢筋锈蚀机理

2.3混凝土内部锈蚀钢筋应力集中特性研究

2.4实例分析

2.5本章小结

第三章 腐蚀与疲劳耦合作用下桥梁寿命预测方法

3.1概述

3.2疲劳的相关概念

3.3多尺度建模技术

3.4钢筋混凝土桥梁腐蚀与疲劳耦合分析方法

3.5实例分析

3.6本章小结

第四章 钢筋混凝土桥梁寿命的损伤—断裂预测方法

4.1概述

4.2损伤力学和断裂力学基本理论

4.3钢筋混凝土桥梁寿命的损伤—断裂预测方法

4.4实例分析

4.5本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

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