基于时变的钢绞线锈蚀模型研究

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1、硕J二学位论文第一章绪论第一章绪论弟一早珀T匕1．1混凝土中钢筋腐蚀过程研究的背景钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土的优点，造价较低，是土木工程结构设计中的首选形式，其应用范围非常广泛。虽然，随着新的结构计算理论的提出和新型建筑材料的出现，将来还会出现许多新的结构形式，但可以肯定的是，钢筋混凝土结构仍然是最常用的结构形式之一。这并不说明钢筋混凝土结构是十全十美的。事实上，从钢筋混凝土应用于土木工程至今的150年间，大量的此类结构由于各种各样的原因而提前失效，达不到预定的服役年限。这其中有的是由于结构设计的抗力不足

2、导致的，有的则是由于使用荷载的不利变化而造成的，但更多的是由于结构的耐久性不足而造成的失效，特别是沿海及近海地区的混凝土结构，由于海洋环境对混凝土的侵蚀，导致钢筋锈蚀而使结构发生早期损坏，丧失了结构的耐久性能，这己成为实际工程中的重要问题。早期损坏的结构需要花费大量的财力进行维修补强，甚至造成停工停产的巨大经济损失。国内外统计资料表明，由于钢筋混凝土结构的耐久性病害而导致的损失是巨大的，并且耐久性问题会越来越严重。美国标准局(NBS)1975年的调查表明，美国每年因锈蚀造成的各种损失达700亿美元，其中混凝土中

3、的钢筋锈蚀造成的损失约占40％Ⅲ乜¨副，就桥梁而言n¨钔，其57．5万座钢筋混凝土桥梁中，一半以上出现锈蚀破坏，40％承载力不足，必须修复与加固处理。锈蚀破坏的修复费用，1998年度就需要2500亿美元，其中桥梁修复费为1550亿美元，为初建费用的4倍，这反映了结构耐久性造成的损失大大超过了人们的估计。在我国，混凝土结构耐久性的问题也十分严重，据1986年国家统计局和建设部对全国城乡28个省、市、自治区的323个城市和5000个镇进行普查的结果，目前我国已有城镇房屋建筑面积46．76亿m2，占全部房屋建筑面积的

4、60％，已有工业厂房约5亿m2。覆盖的国有固定资产超过5000亿元，这些建筑物中约有23亿m2需要分期分批进行评估与加固。而其中半数以上急需维修加固之后才能正常使用。除了普通钢筋混凝土结构外，发展和使用历史相对较短的预应力钢筋混凝土结构耐久性问题的事例也不少，如原西德有两座桥梁，1953年张拉建成后几小时内预应力钢丝突然脆断，1955年又出现同样的事故，原西德1935—1937年建成的位于火车站铁路之上的公路桥梁，梁中配置预应力钢筋，由于该桥经常受蒸汽机车的煤烟作用，在S02烟气和湿气的影响下，钢筋和锚固件锈蚀

5、严重，预应硕士学位论文第一章绪论力损失约达35％，主梁裂缝宽度达0．18rm，最大挠度达12mm畸1，不得不拆除重建。前南斯拉夫一座预应力钢筋混凝土公路桥，于1957年建成，部分采用体外预应力，有6m长的支座附近矩形段穿过混凝土体，1957年10月施加预应力时，因冬季来临未来得及喷射混凝土保护层，张拉后经5—6个月，发生钢丝自行断裂事故陋1。美国南部海岸的一幢11层住宅楼n1，建于上世纪80年代初，采用后张双向无粘结预应力板，1993年发现张拉端锚具及其附近钢绞线锈蚀，不得不进行维修；位于沙特阿拉伯东部的一条冷

6、却用水输送渠道，采用直径为2m的预应力钢筋混凝土虹吸管，在完全投入使用前就发现钢筋存在锈蚀现象，运行2—3年后钢筋断面损失了1／4；德国柏林议会大厦预应力混凝土屋顶曾经倒塌啊1，调查表明，其原因是预应力钢丝孔道灌浆质量不好，发生很少见的预应力钢丝氢脆破坏现象；印度的孟买河上的一座后张预应力钢筋混凝土桥梁，安装前预应力筋受到空气中的盐分污染，并使用含盐分的水进行灌浆，使用不到10年所有预应力筋都受到了严重锈蚀破坏，不得不拆除重建。国外学者曾用“五倍定律”形象地描述了钢筋混凝土结构耐久性设计的重要性，即设计阶段对钢

7、筋防护方面节省1美元，那么就意味着：发现钢筋锈蚀时采取措施将追加维修费5美元；混凝土表面顺筋开裂时采取措施将追加维修费25美元，严重破坏时采取措施将追加维修费125美元阻1。因此，钢筋混凝土结构耐久性问题是一个十分重要也是迫切需要加以解决的问题，通过开展对钢筋混凝土结构耐久性的研究，一方面能对已有的建筑结构物进行科学的耐久性评定和剩余寿命预测，以选择对其正确的处理方法，另一方面也可对新建工程项目进行耐久性设计与研究，揭示影响结构寿命的内部与外部因素，从而提高工程的设计水平和施工质量，确保钢筋混凝土结构生命全过程

8、的正常工作。1．2混凝土中钢筋锈蚀问题研究现状为了解决钢筋锈蚀所带来的一系列的问题，国内外学者进行了大量的研究。从目前的研究范围来看，主要涉及到：氯离子侵蚀钢筋锈蚀的研究，混凝中钢筋锈蚀机理，混凝土中钢筋锈蚀速度及锈蚀程度，锈蚀钢筋的力学性能，钢筋混凝土结构或构件的抗力评估及结构耐久年限的预测等。这些领域的研究已经取得较丰硕的成果，为正确认识和有效解决混凝土中钢筋锈蚀问题作出了巨大贡献