钢筋混凝土构件裂缝宽度计算方法

裂缝宽度计算是混凝土裂缝控制的重要内容,由于相关影响因素很多,至今各国规范的裂缝宽度计算公式尚存在不小的差异.文中分析国内外各种裂缝宽度计算理论中的几个代表性公式和有限元方法,通过实例计算对各种裂缝宽度计算公式与有限元方法和实验数据进行比较分析.在荷载水平较低时各种方法的计算结果差异较小,与实验结果也比较吻合;在荷载水平较高时,各种方法计算结果差异较大,与实验结果差异更大.最后,对现行<港口工程混凝土结构设计规范>采用的裂缝宽度计算公式提出了改进建议.     

氯盐干湿环境下受弯横向裂缝对钢筋混凝土耐久性影响

为了研究持续开裂状态下横向裂缝对钢筋混凝土结构耐久性的影响特性,开展了8根受弯开裂钢筋混凝土梁构件的盐溶液干湿循环试验;借助无损检测技术和破损实测方法,分别对氯离子侵入量、钢筋半电池电位、腐蚀电流密度以及平均锈蚀率等进行了对比分析。研究结果表明,裂缝的存在将提高混凝土的渗透性,裂缝处及周围混凝土内的氯离子含量明显增大;对于一定裂缝分布状况的钢筋混凝土试验梁,内部钢筋的腐蚀电位、腐蚀电流密度以及平均锈蚀率均高于裂缝自愈及无裂缝的试验梁,并受到保护层厚度与裂缝开展状态的影响,其影响规律可用单位长度内的平均裂缝宽度与保护层厚度的比值wm/c来进行综合评价。综合试验结果,初步建议海洋干湿侵蚀环境下钢筋混凝土构件的最大裂缝宽度wmax宜小于0.003 3 c,相关结论可为海洋混凝土结构的耐久性设计提供参考。     

海洋混凝土结构环境作用等级与耐久性设计参数的中外规范对比

围绕海洋混凝土结构的环境作用等级划分和耐久性设计参数限值,对国内外现行的混凝土结构耐久性设计规范进行了系统对比分析。首先分析了国内外14个国家和地区的32部混凝土结构耐久性设计规范的技术特点,然后对比了不同规范对于海洋氯盐环境条件和环境作用等级划分的依据和差异性,进而从最低混凝土强度等级、最大水胶比、最小胶凝材料用量、最小保护层厚度、抗氯离子渗透性指标限值、最大初始氯离子含量和最大裂缝宽度等方面,系统对比分析了不同规范对于海洋混凝土结构耐久性设计参数限值的差异性,为海洋混凝土结构的耐久性设计提供了参考。     

海水环境粉煤灰混凝土结构耐久性现场检测与评估分析

对服役12年的华南某跨海大桥典型构件开展碳化性能、氯离子扩散性能等指标的耐久性检测,评估了海水环境下掺粉煤灰的高性能混凝土长期耐久性。研究表明:随高程的增加混凝土碳化深度逐渐增大,其中大气区浪溅区水位变动区,碳化作用对粉煤灰混凝土结构耐久性的影响较小;粉煤灰可显著提升实体结构混凝土抗氯离子侵蚀性能,粉煤灰高性能混凝土的氯离子扩散系数不大于0.40×10-12m2/s,比普通混凝土氯离子扩散系数降低了约6倍;利用规范计算了引桥承台混凝土中氯离子含量计算值,其计算值与实测值吻合较好,可用于实体工程混凝土结构的耐久性评估,评估结果显示采用粉煤灰高性能的桥梁典型构件满足100年设计使用寿命的要求。     

脆性岩石多裂缝干扰扩展机理研究

海洋中赋存有丰富的页岩油,由于这类储层岩性致密,需要采用体积压裂技术提高产能,而研究体积压裂过程中岩体内多个天然裂缝的扩展规律及其影响因素对于裂缝网络的形成至关重要。在水力压裂主裂缝壁面上及主裂缝两侧脆性岩体的水平切面上,当存在多条同轴天然裂缝时,影响天然裂缝起裂方向及起裂条件的因素较多。因此需要在线弹性断裂力学理论的基础上,运用最大周向拉应变及平面应变理论,建立受远场地应力作用及裂缝面受水压力作用下的理论模型。根据模拟结果,在主裂缝壁面上,随着垂向应力差异系数增加,天然裂缝最小起裂净压力减小,起裂角度增加,因此天然裂缝的扩展与垂向应力的大小有重要关系,垂向压力越小则越利于形成缝网。与有一定倾斜角度的裂缝相比,垂向天然裂缝容易破裂扩展。当天然裂缝的条数增加,天然裂缝的最小起裂净压力降低,有利于形成主裂缝壁面上的裂缝网络,达到体积压裂的效果。在主裂缝两侧岩体的水平切面上,天然裂缝与最小主应力方向的夹角越大,则对应破裂压力越小,且不需要较大的缝内压力（小于最小主应力）即可破裂。存在多条裂缝时,目标裂缝张性破裂的缝内压力均降低。上述模型及应用模拟揭示了脆性岩石在水力压裂过程中,主裂缝壁面岩体...     

大孔薄肋高强筋钢粗预应力混凝土空心板抗剪强度

本文通过对大孔薄肋高强粗钢筋预应力混凝土空心板抗剪强度的试验与分析,给出了斜截面抗裂和抗剪强度,并将试验结果与理论计算作比较。两者符合性较好,     

预应力混凝土空心原型大板抗扭刚度试验及其分析

本文通过预应力混凝土空心原型大板抗扭刚度试验,研究空心板在弹性范围内受纯扭作用下的抗扭刚度。试验表明,抗扭刚度的理论计算值与实测值较为一致,建议在弹性范围内受纯扭作用时的空心板,可直接按理论公式计算抗扭惯矩。     

挡板透空码头水平波浪力计算方法的探讨

目前,对透空式高桩梁板码头的桩基和墩柱波浪力的计算,现行《海港水文规范》中有相应的公式,但对一侧增设挡浪板及上部结构构件的透空式高桩梁板码头水平波浪力的计算,规范并没有明确规定相应的计算公式。从挡板透空码头设计中水平波浪力的计算分析入手,说明挡板波浪力采用不同计算方法的差异性,并针对某设计工程进行了实例分析,通过相关文献、现行规范及物理模型试验等三种不同方法所得计算结果的比较,探讨一种适合挡板透空码头的水平波浪力的计算方法,供工程设计时参考。     

导管架装驳运输的半确定性分析

本文采用半确定性法进行了导管架装驳运输分析。在计算驳船运动时,考虑到驳船的长度与宽度之比、吃水与宽度之比都很小,三维影响严重,故本文采用了纵横切片的思想,配以经验性的三维修正。在校核导管架的强度时,忽略了驳船结构的弹性影响,根据驳船运动诱导的惯性力,以及风力、重力等求出导管架各构件的应力,然后按AlSC规范及API规范进行校核。本方法已编制成计算程序,并对渤海油田系船导管架进行了装驳运输实例计算。     

高桩码头锈蚀破损面板残余承载力评估方法

高桩码头长期工作在具有腐蚀介质的潮湿环境中，因钢筋的锈蚀会使构件表面砼胀裂而破损，目前我国大部分的高桩码头进入了锈蚀破损的高峰期。通过研究指出：以往国内外用构件蚀破损表面积大小或顺筋裂缝大小的标准来确定维修方案的方法是不正确的。根据一般构件为等截面，而沿跨度分布的弯矩不均匀的事实，指出构件在控制断面以外的部位强度有富裕，允许钢筋适当的锈蚀仍能满足设计强度的新见解。提出了锈蚀破损面板的强度安全性评估准则、强度因子新概念及其具体计算式，可以量化评估犭蚀破损面板的残余承载力，为科学制定锈蚀破损面板的维修方案提供参考，在保证码头结构安全的同时，大大节省维修费用。     

不同设计使用年限下实用设计表达式系数的求解

基于可靠度分析理论以及荷载标准值等数据的调整,分别运用JCSS法与Monte Carlo法计算出运用于结构领域的新的目标可靠指标并依据不同可变荷载的概率统计模型计算出对应于不同设计使用年限的调整系数及数理统计参数。以最小二乘法为准则,借助Matlab里的数学算子,分别采用穷举优化搜索法和极值理论求解法计算出实用设计表达式中荷载分项系数及结构重要性系数,并计算出标准值等数据调整前后的单构件的相对误差增量。从工程实际应用出发,在荷载、抗力分项系数均按现行规范采用的情况下,计算出能同时体现不同安全等级与设计使用年限的结构重要性系数,并分析了现行规范中采用的结构重要性系数取值对应的包络范围,对今后结构设计提供参考借鉴。     

采掘坑对孤立波岸礁水动力特性影响的三维数值模拟研究

基于非静压模型,通过开展一系列三维高精度数值计算,综合考虑入射波高、水深、采掘坑宽度及位置等因素的影响,深入分析了人工采掘坑对孤立波岸礁水动力特性的影响机制。计算结果表明,人工采掘坑对孤立波在岸礁上的传播具有一定的阻滞作用,导致采掘坑附近的局部波高显著增加,同时也引起岸线附近波高降低。局部波高最大增幅的大小易受入射波高、礁坪水深、采掘坑宽度和位置的影响。入射波高越大,局部波高最大增幅越大,礁坪水深越大,局部波高最大增幅越小,采掘坑宽度越大,局部波高最大增幅越大。除此之外,采掘坑的存在会降低波浪的最大爬高,但是采掘坑宽度和位置的变化对波浪的最大爬高影响有限。     

氯离子侵蚀对钢筋混凝土构件抗力影响的研究

氯化物是钢筋混凝土结构在使用寿命期内可能遇到的一种最危险的侵蚀介质,混凝土中钢筋表面的氯离子浓度超过一定的限值,钢筋就可能会发生锈蚀,锈蚀的钢筋会导致混凝土构件的承载力下降.通过分析国内外研究者所做的大量工作,讨论了氯离子侵入引起的锈蚀钢筋混凝土构件的抗力计算方法,为氯化物环境条件下混凝土结构的耐久性评估提供参考.     

考虑截面形状影响的混凝土内硫酸根离子扩散反应过程数值模拟

针对截面形状(矩形、圆形截面)对混凝土内硫酸根离子扩散反应规律的影响,根据Fick第二定律建立了不同截面形状下硫酸根离子的扩散反应方程。运用COMSOL Multiphysics有限元分析软件,分别模拟了一维和二维条件下硫酸根离子在混凝土中的扩散反应过程,分析对比了硫酸根离子在矩形截面和圆形截面中的浓度分布情况。结果表明:相同条件下,选择圆形截面构件代替矩形截面构件,能有效提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力以及混凝土的耐久性。     

宁波舟山港主通道混凝土结构耐久性评估与维护技术

系统阐述宁波舟山港主通道跨海工程混凝土结构耐久性评估与维护技术。首先介绍宁波舟山港主通道工程概况及100年使用年限的总体要求;确定耐久性极限状态为海洋氯离子侵入引起的钢筋表面脱钝。针对此极限状态,建立了氯离子侵入过程的耐久性评估模型,确定了不同暴露条件下模型参数的统计规律;根据混凝土保护层厚度的现场实测数据和修正的暴露条件下氯离子扩散系数,对模型参数进行了更新;考虑施工阶段混凝土构件的耐久性附加措施,以某标段非通航孔桥为例,使用全概率方法计算了各类混凝土桥梁构件的失效概率和可靠指标;最终在混凝土构件耐久性评估的基础上,提出了某标段非通航孔桥各类混凝土构件的基本维护制度和维护周期。     

混凝土中钢筋的腐蚀及其防治措施

混凝土是以水泥等材料作为黏接剂,将一定量的砂、碎石等骨料结合起来,凝固后形成的复合材料。混凝土具有材料来源广、价格便宜、坚固耐用等优点,但是抗拉、抗折能力较弱。钢筋混凝土的出现是混凝土结构发展的重大进步,其中钢筋承担拉力,混凝土承担压力,发挥了各自的优点。钢筋与混凝土有良好的黏结力,其热膨胀系数与混凝土相近,两者结合成的钢筋混凝土构件具有良好的力学性能。     

人工鱼礁在自然海水条件下的腐蚀寿命研究

有氯盐侵蚀的钢筋腐蚀,是钢筋混凝土结构性能劣化的主要原因之一,混凝土构件使用寿命的关键是氯离子的传输速率和使钢筋产生锈蚀的时间。本文以人工鱼礁混凝土构件为研究对象,分析海水氯离子在C30、C35和钢渣复合材料人工鱼礁混凝土中的扩散系数,以混凝土中钢筋锈蚀的临界氯离子浓度为寿命预测的边界条件,利用氯离子扩散模型预测C30、C35和钢渣复合材料人工鱼礁在海水中的腐蚀寿命。研究结果表明,氯离子在混凝土人工鱼礁中的扩散规律基本满足Fick第二定律。通过模型计算得出C30、C35和钢渣复合材料混凝土人工鱼礁的腐蚀寿命分别为51.6,54.8和56.8年。     

人工鱼礁在自然海水条件下的腐蚀寿命研究

有氯盐侵蚀的钢筋腐蚀,是钢筋混凝土结构性能劣化的主要原因之一,混凝土构件使用寿命的关键是氯离子的传输速率和使钢筋产生锈蚀的时间。本文以人工鱼礁混凝土构件为研究对象,分析海水氯离子在C30、C35和钢渣复合材料人工鱼礁混凝土中的扩散系数,以混凝土中钢筋锈蚀的临界氯离子浓度为寿命预测的边界条件,利用氯离子扩散模型预测C30、C35和钢渣复合材料人工鱼礁在海水中的腐蚀寿命。研究结果表明,氯离子在混凝土人工鱼礁中的扩散规律基本满足Fick第二定律。通过模型计算得出C30、C35和钢渣复合材料混凝土人工鱼礁的腐蚀寿命分别为51.6,54.8和56.8年。     

圆钢管截面极限强度受随机分布点蚀的影响研究

提出一种随机分布点蚀损伤的模拟方法,模拟点蚀在构件表面的随机生长过程,并建立了随机态点蚀损伤圆管截面的有限元分析模型;设计了三个受不同腐蚀深度点蚀损伤的圆管构件,并开展轴压试验,利用试验结果校验有限元模型的计算精度;在多种腐蚀情形下(点蚀强度和腐蚀深度变化),研究点蚀分布模式变化引起的极限强度退化及其变异性;比较随机分布点蚀模型与传统腐蚀模型(规则分布点蚀和均匀腐蚀)在计算强度和结构失效行为方面的差异。研究结果表明,点蚀的随机分布模式会引起显著的极限强度变异,且蚀坑深度越大,强度变异越大,蚀坑分布造成的强度极差与强度均值相比达到5%;随机分布点蚀相比于传统腐蚀模型,除了引起更为严重的强度削减,还会改变结构的破坏模式。提出的随机点蚀损伤的模拟方法,可替代昂贵的构件试验,应用于评估点蚀损伤圆管截面的极限强度,增强评估结果的可靠性。     

中日直立式双板桩防波堤设计方法比较研究

直立式双板桩防波堤是一种对深水软土地基有较强适应性的防波堤结构,但是目前尚无系统的设计方法。本文以某外海深水直立式双板桩防波堤为例,分别采用国内规范和日本规范给出的方法计算直立式双板桩防波堤的入土深度和桩身内力。结果表明,中日规范在直立式双板桩防波堤的设计中均有一定的局限性:对于国内规范,当堤顶宽度较小时,其墙后主动土压力的计算会与实际情况有较大差别;对于日本规范,当堤顶宽度较大时,墙后填土产生的抵抗弯矩不符合实际情况。由此,对直立式双板桩防波堤的设计,建议同时采用中日两种计算方法进行设计并相互验证,共同拟定合理的结构断面。