预应力桥梁结构耐久性与剩余寿命研究

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1、分类号：U44，U451．0710—B24058立乡爻亭博士学位论文预应力桥梁结构耐久性与剩余寿命研究导师姓名职称申请学位级别论文提交日期学位授予单位陈峰贺拴海教授答辩委员会主席学位论文评阅人杨炳成教授邬晓光张谢东刘沐宇汤立群刘小燕AnalysisforDurabili坶andResidualSen埴ceLifeof叩restressedConcreteBridgeStructureADissertationSubmittedformeDe铲eeofDoctorCandidate：ChenFengSupervis

2、or：Pr0￡HeShuanhaiChang’anUniVersity；Xi’an，China论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：叩鬣≈I11年‘月1岁日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表

3、、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。(保密的论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：磁埠导师签名1毛乃、＼／、寸z抛f1年∥月≥多日、t年6月2啪摘要现代预应力桥梁结构因其良好的使用性能和优越的跨越能力而得到公路、铁路桥梁建设领域的大规模使用。预应力桥梁在气候、环境等自然因素的影响下，预应力混凝土材料同样逐渐老化，而日益增加的汽车重载作用损伤也使构件力学性能不断衰减。不仅如此，高强度预应力钢材带来的高应力工作状态也加剧

4、了应力腐蚀后发生脆性破坏的风险。因而，对预应力桥梁的耐久性和继续正常服役的剩余寿命展开研究，可以真实的了解预应力桥梁在腐蚀环境中的可靠度，揭示桥梁耐久性寿命的时变规律，并且为预应力桥梁结构的正常安全的使用以及桥梁耐久性设计、评定提供理论基础和实践参考。本文针对预应力混凝土桥梁使用环境特点和结构的力学以及构造特征，在总结已有的耐久性和可靠度研究成果的基础上，基于可靠度对预应力桥梁耐久性及剩余寿命问题进行了深入的研究，主要研究内容为：1．对时变可靠度常用的时间综合法，时间离散法和首次超越概率法进行对比研究，给出了基于

5、时间离散法的首次超越概率求解时变可靠度的分析方法，阐明了简明的求解思路。2．提出预应力混凝土结构的保护层体系的概念，通过对应力状态下碳化扩散模型的探讨，对多因素下完全碳化区和部分碳化区的碳化反应和扩散过程进行分析，提出了碳化失钝长度求解方程。建立一般大气环境预应力混凝土结构耐久性极限状态方程，并以之作为结构保护层厚度取值的重要条件。提出了碳化腐蚀条件下预应力混凝土保护体系最小厚度的确定方法，并给出了部分代表城市的推荐预应力混凝土保护体系最小厚度取值。进一步的，对应力状态下氯离子侵蚀和普通钢筋修正模型进行分析，建立

6、氯离子侵蚀环境预应力混凝土结构耐久性极限状态方程，从而导出氯盐侵蚀条件下预应力混凝土保护体系最小厚度的确定方法，并据此给出了部分沿海代表城市的推荐氯盐腐蚀环境预应力混凝土保护体系最小厚度取值。3．从预应力桥梁结构的预应力钢筋锈蚀脱钝问题和预应力结构中普通钢筋锈胀开裂问题出发，以耐久性寿命时间历程为分析手段，探讨了碳化和氯离子侵蚀两类腐蚀环境下PC桥梁结构的预应力钢筋锈蚀脱钝时间和预应力结构中普通钢筋锈胀开裂时间，建立了与之对应的预应力钢筋的腐蚀耐久寿命和普通钢筋的锈胀开裂寿命，得出了两种耐久性寿命随腐蚀环境和时空

7、特征变化的规律：碳化环境下，北方地区预应力桥梁结构预应力钢筋腐蚀耐久寿命小于其普通钢筋的锈胀开裂寿命，而南方地区由于高温湿热环境的影响，预应力桥梁结构预应力钢筋腐蚀耐久寿命大于其普通钢筋的锈胀开裂寿命。沿海氯盐环境下，氯离子的侵蚀较快，预应力钢筋的初锈时间和普通钢筋的锈胀时间都很短，并且沿海地区预应力结构中的普通钢筋锈胀开裂往往先于预应力钢筋锈蚀，其耐久性外观检查评定可以作为预应力桥梁结构的耐久性评价依据。4．以概率极限状态设计方法作为耐久性设计的方法，将PC桥梁结构耐久性极限状态和寿命终结标准各划分为三类，即P

8、C桥梁预应力钢筋初锈极限状态、PC桥梁结构普通钢筋锈胀极限状态和预应力结构受力开裂极限状态；相对应的预应力钢筋初锈寿命准则、预应力桥梁普通钢筋锈胀寿命准则和预应力结构受力开裂寿命准则。推导了各腐蚀环境极限状态方程形式，给出了3种耐久性极限状态的目标可靠指标建议值。5．针对我国桥梁结构尤其是预应力桥梁结构耐久性病害呈现出的巨大的地域差异特征，对桥梁耐久性环境展开研究。通过对