海洋环境混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析_田浩.pdf

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1、第29卷第5期佳木斯大学学报(自然科学版)Vol．29No．52011年09月JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEdition)Sep．2011文章编号:1008－1402(2011)05－0646－05①海洋环境混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析121田浩，宣新祥，陈亮(1．浙江省交通科学研究所，浙江杭州310006;2．诸暨市公路管理段，浙江绍兴311800)摘要:为了实现海洋环境混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析的目标，首先给出了海洋环境混凝土桥梁耐久性退化过程中三个关键时刻的计算数学模型和截面削弱过程的模拟方法．以一座预应力混凝土连

2、续梁为对象，利用笔者自行编写的分析程序分析了保护层厚度、大气温度、钢筋锈蚀临界氯离子浓度、混凝土表面氯离子浓度和混凝土强度等设计参数对混凝土桥梁耐久性能的影响程度．结果表明:在整个退化过程中，保护层厚度对整个过程都有显著影响，钢筋锈蚀临界氯离子浓度和混凝土表面氯离子浓度对钢筋开始锈蚀时刻影响明显，大气温度和混凝土强度则对钢筋锈蚀速率有一定影响．增大保护层厚度和减小混凝土渗透性可明显改善海洋环境中混凝土桥梁的耐久性能．关键词:海洋环境;混凝土桥梁;耐久性;参数敏感性分析;关键时刻;截面削弱中图分类号:TU375．4文献标识码:A划分为四个阶段．退化过程的第一阶段由施工过程0引言结束

3、时刻(即成桥时刻)开始到钢筋表面的氯离子氯离子侵蚀是导致海洋环境下混凝土桥梁结浓度累积到钢筋即将开始锈蚀时刻t1为止，该阶段［1］也可称为氯离子侵蚀阶段［2］．根据现场及试验实构性能退化的主要因素之一．当钢筋表面的氯离子聚集到一定程度时钢筋开始锈蚀，进而导致结测数据给出t1的计算公式12构整体力学性能退化．影响这一退化过程的设计参c1－αt1={α－12}(1)数有很多，主要包括:混凝土保护层厚度、大气温4D0t0［erf(1－Mcr/Ms)］度、钢筋锈蚀临界氯离子浓度、混凝土表面氯离子式中:c=混凝土保护层厚度(mm)，D0=氯离子2浓度以及混凝土强度等．目前，针对这些设计参数

4、扩散系数(mm/year)，t0=结构建成至检测时所对桥梁结构整体性能影响的分析大多为定性的，缺经历的时间(years)，α=D0的时间效应系数，Mcr3乏定量的研究成果．本文通过结合已有的耐久性退=钢筋锈蚀临界氯离子浓度(kg/m)，Ms=混凝［2］3化关键时刻计算模型和笔者自行开发的分析程土表面氯离子浓度(kg/m)．［3］序———CBDAS(ConcreteBridgeDurabilityAnaly-sisSystem)，对影响氯离子侵蚀作用的结构参数进行了敏感性分析．1退化过程模拟1．1退化关键时刻图1箱梁构造示意氯离子侵蚀引起的混凝土桥梁退化全过程可退化过程的第二阶段可

5、定义为钢筋锈蚀产物通过三个关键时刻———钢筋开始锈蚀时刻t1、保膨胀阶段．从钢筋开始锈蚀时刻t1到钢筋锈蚀产物护层开始开裂时刻t2以及保护层完全剥落时刻t3的膨胀即将引起混凝土保护层开裂时刻t2，可表示①收稿日期:2011－07－15基金项目:浙江省交通厅科技计划项目(2008C05)．作者简介:田浩(1982－)，男，陕西西安人，浙江省交通科学研究所，工程师，工学博士，主要从事混凝土桥梁全寿命理论研究．第5期田浩，等:海洋环境混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析647［2］为不再进一步削弱，根据这一假定结构性能将继续退δcr化直至结构到达极限状态或设计使用寿命，意味着t2=t1+(2

6、)λc1整个退化过程的结束．这里采用一个利用实验和工=保护层即将开裂时的钢筋临界锈蚀深［2］其中:δcr地现场数据拟合的实用公式计算t3度(mm)，λcl=保护层开裂前钢筋年平均锈蚀率δd－δcrt3=t2+(5)(mm/year)．δcr被拟合为混凝土保护层厚度c、钢λcl1［2］筋直径d以及混凝土抗压强度fc的函数式中:δd=保护层完全剥落时的钢筋临界锈蚀深=0．015(c/d)1．55+0．0014f+0．0016(3)度(mm)，λ=保护层开裂后钢筋年平均锈蚀率δcrccl1其中:d=普通钢筋直径(mm)，fc=混凝土抗压强(mm/year)．δd同样被拟合为混凝土保护层

7、厚度c、［2］钢筋直径d以及混凝土抗压强度f的函数［2］度(MPa)．λcl由下式求得cλ=11．6×i×10－3(4)δd=0．273+0．008c/d+0．00055fc(6)cl其中:i=锈蚀电流密度(μA/cm2)．λcl1被假定为λcl的函数，同时考虑到保护层开裂后［2］在退化过程的第三阶段钢筋锈蚀不断加深直钢筋锈蚀速率的加快可表示为至混凝土保护层完全剥落时刻t3，此后进入第四阶λcl1=(4．5－26λcl)λcl(7)段．在第四阶段中假设钢筋继续锈蚀而混凝土截面图2