海蝕環境鋼筋混凝土梁橋損傷監測與安全評價

《海蝕環境鋼筋混凝土梁橋損傷監測與安全評價》是依託北京科技大學，由蘭成明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：海蝕環境鋼筋混凝土梁橋損傷監測與安全評價
• 依託單位：北京科技大學
• 項目負責人：蘭成明
• 項目類別：面上項目

項目摘要

海蝕環境鋼筋鏽蝕嚴重威脅我國近海混凝土橋樑的服役安全，給國民經濟帶來巨大損失。本項目以海蝕環境為背景，以鋼筋混凝土梁橋為研究對象，從鏽蝕監測著手研究鏽蝕演化與銹後性能並最終形成安全評價方法。提出基於預應力自平衡體系的鋼筋鏽蝕監測方法，構建鏽蝕程度與體系內各測點應變的數學模型，設計鏽蝕監測感測器。從腐蝕動力學角度建立人工氣候與真實環境在時間域上的相關關係，研究人工氣候的等效模型，並通過鋼筋鏽蝕監測數據驗證該模型，提出海蝕環境梁橋結構等機率耐久性設計方法，基於鏽蝕監測數據構建鋼筋鏽蝕狀態Markov鏈隨機模型。研究表征鏽蝕鋼絞線強度的多參數Weibull模型並建立鏽蝕鋼絞線束承載力模型；建立基於鏽蝕監測的鋼筋混凝土梁橋構件承載力時變模型及其失效準則，基於最弱聯體系可靠度並採用多目標最佳化準則研究鏽蝕鋼筋混凝土梁橋的最優維修決策與剩餘壽命預測，建立海蝕環境鋼筋混凝土梁橋損傷監測與服役安全評價體系。

結題摘要

鋼筋、鋼絞線鏽蝕嚴重威脅我國沿海鋼筋混凝土橋樑的服役安全，給國民經濟帶來巨大損失。本項目系統開展海蝕環境鋼筋混凝土梁橋耐久性損傷監測與安全評價研究。首先，提出基於預應力自平衡體系平面應力狀態應力集中的原位鏽蝕監測新方法，通過點蝕導致的應力集中，鏽蝕監測感測元件局部應變突變實現鏽蝕監測，應變測點越靠近鏽蝕監測面、蝕坑形狀越尖銳、敏感柵長越短、敏感柵中心距越小時鏽蝕監測越敏感，通過在保護層不同深度布設鏽蝕監測感測元件，採用Bayesian理論依次更新鋼筋位置的初始鏽蝕與鏽蝕風險，提高鏽蝕監測的可靠性。其次，考慮阻滯及膠凝材料吸附作用，計算暴露區域、保護層厚度、配合比、溫濕度條件、臨界濃度及角部二維擴展對鋼筋初銹時間的影響，將敏感參數視為隨機變數構造Kriging代理模型，採用Monte Carlo模擬鋼筋初銹時間的機率分布，根據設計使用期內暴露區域及鋼筋所處位置的鏽蝕風險，設計不同保護層厚度使不同部位的鋼筋具有相同的初銹時間且超越機率相同，系統地建立海蝕環境鋼筋混凝土結構等機率耐久性設計方法。最後，確定鏽蝕鋼筋、鋼絞線剩餘疲勞壽命是海蝕環境鋼筋混凝土梁橋失效的關鍵控制因素，構建考慮鏽蝕程度影響的鋼筋、鋼絞線疲勞壽命預測統一多參數Weibull模型及鋼絞線束疲勞壽命預測模型，鋼絞線、鋼絞線束疲勞壽命隨著鏽蝕程度增加而迅速減小，低應力幅條件下鋼絞線、鋼絞線束疲勞壽命隨著鏽蝕程度的增加降低更多，隨著鏽蝕程度的增加，指定疲勞壽命下鋼絞線的許用應力幅迅速降低。通過鏽蝕監測、初銹時間模擬及感測元件布設，實現初始鏽蝕與鏽蝕風險的監測及更新，形成海蝕環境鋼筋混凝土結構等機率耐久性設計方法，考慮鏽蝕後剩餘疲勞壽命控制梁橋的服役安全，構建鏽蝕鋼筋、鋼絞線疲勞壽命預測模型，以10%斷絲率作為鏽蝕鋼絞線束疲勞壽命終止條件，系統地形成海蝕環境鋼筋混凝土梁橋損傷監測與服役安全評價體系，對新建橋樑耐久性設計及在役橋樑剩餘壽命評價具有重要的指導價值。