波浪作用下海工混凝土构件动态损伤演化规律研究

发布时间：2020-05-08 12:19

【摘要】：海工混凝土结构由于长期处于海水中受到氯离子的侵蚀及受外荷载(车辆动载、波浪荷载等)的作用导致混凝土内部损伤严重,从而降低结构承载力出现耐久性不足的问题已非常普遍。而混凝土的损伤程度会随其内部钢筋锈蚀程度的加剧及外部荷载作用次数的累积而加深,因此研究海工混凝土构件的损伤演化规律很有必要,可以为该类结构的损伤评估、承载力预估、健康监测与安全预警等提供参考。结合现有研究,本文在国家自然科学基金项目“波浪作用下海工混凝土结构动态损伤试验研究(51508234)”的资助下,基于连续介质损伤及弹性力学理论,建立了海工混凝土在波浪荷载与钢筋锈蚀状态下的动态损伤方程;基于物理模型试验探究了混凝土的损伤演化规律,主要内容如下:(1)波浪作用下海工混凝土动态损伤方程研究。基于连续介质损伤理论,利用残余应变值为损伤变量建立荷载引起的损伤方程;基于厚壁圆筒理论,利用钢筋锈蚀膨胀后对混凝土保护层最外边缘产生的环向拉应力为损伤变量建立锈蚀损伤方程,确立了钢筋锈蚀率等材料参数与锈蚀损伤度的关系。考虑到两者之间相互影响的作用,研究以荷载损伤为主,锈蚀损伤为辅,加入锈蚀损伤影响系数分析锈蚀损伤对荷载损伤发展产生的影响。(2)波浪作用下海工混凝土构件动态损伤试验研究。基于线性波理论及Morison方程,将波浪力简化成简谐波的循环荷载进行机械加载模拟;先后进行了钢筋锈蚀试验、模拟波浪作用的循环加载试验和承载力试验,研究混凝土的损伤演化规律及不同锈蚀率和加载频率对试件损伤发展的影响。由试验数据分析得出试件的残余裂缝宽度、残余应变、荷载损伤度随疲劳次数累积呈一致的三阶段规律,其中荷载损伤度在前两阶段内随疲劳次数变化呈对数型分布。钢筋锈蚀率越大,锈蚀损伤越大,对荷载损伤的发展及承载力的影响也越大。(3)承载力退化研究。混凝土的损伤必然导致构件的承载力退化,基于本文试验数据,定义承载力损失度D_F为承载力损失量与完好相同构件承载力的比值,其与荷载损伤度D间存在良好的指数型关系,且D_F随D的变化具有明显的阶段性。即D0.15时,D_F值接近为0;当0.15D0.35时,随着D的增加,D_F稳步增长;当D0.35时,D_F急剧增长,直至试件破坏,D_F值到达1。(4)总结分析了现有损伤检测方法,对波浪作用及钢筋锈蚀引发的损伤提出了损伤检测建议,基于连云港港69号泊位建立一个工程算例;并对现场墩柱构件的防护措施提出了建议。
【图文】：

(c) 台湾渔港西堤侵蚀破坏图 1.1 波浪对结构的破坏情况Fig.1.1 The damage of the wave to the structure91 年的耐久性学术会议上就指出钢筋锈蚀是工混凝土结构物所处的环境使得其钢筋锈蚀离子如Cl ，而 是钢筋锈蚀的主要腐蚀离性降低，导致钝化膜损坏，钢筋便会形成电而钢筋的锈蚀不仅使其自身力学性能降低，结性能从而影响构件承载力，引起众多国家国，每年由钢筋锈蚀造成的经济损失达到该国公路管理局报告指出，美国每年因钢筋锈蚀的 3.1%左右；在阿拉伯海和红海的大量海工 年后钢筋断面损失率就高达 25%，严重降低

（c）锈蚀引起的混凝土开裂状态 (d) 某桥墩的锈蚀破坏图 1.2 钢筋锈蚀损伤实例Fig.1.2 Examples of corrosion damage of steels由上所述，对于海工混凝土结构的墩柱构件而言，常年受波浪荷载的冲击作用，混材料内部原有的微裂缝、微孔洞等微缺陷会经历成核、扩展和汇合三个阶段[10]。由于个阶段的微细观机理存在差异，从损伤演化的角度看，，其随时间和空间的发展是不连，混凝土内部损伤量会随着波浪荷载作用呈现出明显的动态特性[11]。同时，海洋环境凝土受氯离子侵蚀引发钢筋锈蚀，锈蚀产物体积膨胀，将比原有钢筋体积增大 2～6]，使得与其接触的混凝土受到应力作用容易产生锈胀裂纹。两种损伤因素的耦合作用混凝土材料产生宏观裂缝，损伤持续累积，最终引起裂缝扩展使得整体结构承载力退其是对于墩柱的浪溅区部分，其受海水中氯离子侵蚀和波浪作用最为严重，此处也是的最薄弱部分，更容易在物理和化学的作用下使得混凝土损伤迅速发展。由于波浪作往复性、钢筋锈蚀程度的时变性、混凝土材料的不均匀性等因素，海工混凝土构件存伤不均匀及有动态的特点，且具有一定的损伤累积规律。因此有必要对海工混凝土构
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P75

【参考文献】

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本文编号：2654644