Probabilistic lifetime assessment of marine reinforced concrete with steel corrosion and cover cracking

In order to study the durability behavior of marine reinforced concrete structure suffering from chloride attack,the structural service life is assumed to be divided into three critical stages,which can be characterized by steel corrosion and cover cracking.For each stage,a calculated model used to predict the lifetime is developed.Based on the definition of durability limit state,a probabilistic lifetime model and its time-dependent reliability analytical method are proposed considering the random natures of influencing factors.Then,the probabilistic lifetime prediction models are applied to a bridge pier located in the Hangzhou Bay with Monte Carlo simulation.It is found that the time to corrosion initiation t0 follows a lognormal distribution,while that the time from corrosion initiation to cover cracking t1 and the time for crack to develop from hairline crack to a limit crack width t2 can be described by Weibull distributions.With the permitted failure probability of 5.0%,it is also observed that the structural durability lifetime mainly depends on the durability life t0 and that the percentage of participation of the life t0 to the total service life grows from 61.5% to 83.6% when the cover thickness increases from 40 mm to 80 mm.Therefore,for any part of the marine RC bridge,the lifetime predictions and maintenance efforts should also be directed toward controlling the stage of corrosion initiation induced by chloride ion.     

半潜式平台结构整体可靠性分析方法

针对海洋环境中的半潜式平台多方面不确定性,基于半潜式平台结构整体强度分析方法,考虑多种波浪荷载作用的结构响应,采用非线性逐步垮塌分析方法,研究平台在不同控制工况下的极限承载力模型,建立相应的功能函数.根据结构体系可靠度理论和失效模式之间的关系,采用串联体系的可靠度计算方法.最后,对一座具体半潜式平台在100年重现期波浪荷载作用下进行了体系可靠性计算.计算结果表明平台整体可靠度水平由波浪引起的主要结构响应形式决定.通过计算,验证可靠度计算方法具有高效性和可行性,可以为大型深水浮式平台结构的设计、维护和评估提供理论依据.     

张力腿平台局部节点强度可靠度分析方法

局部节点可靠度分析对张力腿平台(TLP)整体安全性评估具有重要意义。提出了一个TLP平台局部节点可靠度的分析方法,首先对TLP平台整体进行分析,统计局部节点各种失效模式并得到典型失效模式及对应的典型荷载工况;然后应用改进的子模型技术对TLP平台局部节点进行极限承载能力分析,确定了局部节点在典型荷载工况下的极限承载力;对局部节点极限承载力及南海某区域的波浪荷载进行统计分析,得到其概率统计特性;在此基础上计算了TLP平台局部节点对应典型失效模式下的可靠度指标。通过算例分析表明,该TLP平台各节点可靠度指标值均大于3.1;立柱与浮箱连接节点在不同荷载工况下失效模式不同,而立柱与甲板连接节点易发生管交汇处剪切破坏。为TLP平台的安全性评估提供了一种有效的分析方法,具有一定的理论价值及实用价值。     

张力腿平台关键部位疲劳可靠性分析

为确保深海中张力腿(TLP)平台的安全可靠运行,研究了TLP平台关键部位的疲劳可靠性。首先建立了TLP平台的整体模型,结合中国南海海况,计算了波浪荷载。然后分析了用于平台疲劳可靠性研究的S-N曲线法和断裂力学方法,计算了不同工况下TLP平台的应力响应,确定了疲劳关键部位,建立了关键部位的中间局部模型和精细子模型。最后采用子模型技术,应用S-N曲线法和断裂力学方法对平台关键部位的疲劳可靠性指标进行了计算和分析。结果表明:平台立柱和浮箱连接部位上部角点的疲劳可靠性指标低于下部角点,但可以满足设计要求;应用断裂力学方法计算得到的疲劳可靠性指标与应用S-N曲线法计算得到的疲劳可靠性指标接近,且疲劳可靠性指标的最小值出现在相同的部位,表明分析结果合理,可以为TLP平台的安全评估提供参考。     

电化学修复过程氢致钢筋塑性降低的影响与控制试验研究

电化学修复技术是提升既有钢筋混凝土结构耐久性重要方法,能有效除去有害氯离子,延长结构使用寿命。采用电化学修复技术对钢筋混凝土结构进行耐久性修复时,作为阴极的钢筋会发生析氢反应,当钢筋表面的氢浓度达到临界值时,钢筋的塑性会降低,并发展成裂纹,导致钢筋出现氢脆现象。开展了不同电化学参数的电化学修复试验,并采用物理方法和力学方法进行了氢致塑性降低的影响分析。结果表明氢致塑性降低与电流密度、应力水平均相关;当清楚工程构件的受力状态时,可采用合适的电流密度对构件进行电化学修复,控制塑性损失程度在工程的可接受范围内,以达到钢筋氢脆控制的目的。     

极端波浪对海洋导管架平台的作用及其模型试验研究

通过极端波浪对海洋导管架平台作用力的模型试验,对极端波浪的作用进行了探讨。首先在常规波浪力计算公式的基础上,提出了极端波浪作用下的简易计算方法,并结合国外相应研究成果,提出了三个简易计算表达式;在对模型试验数据的分析基础上,给出了上述三个简易计算公式中的系数,从而得到极端波浪作用下的波浪力计算表达式。     

火灾作用下海洋平台结构响应分析

结合BZ28-1南井口平台导管架,建立了海洋平台结构有限元计算模型。采用弹塑性分析方法,并应用温度升高时钢材的非线性应力/应变关系,采用火灾的标准温度-时间曲线建立平台结构温度随时间的变化模型,基于能量守恒原理建立热传导微分方程,计算热传导和对流对结构温度的影响,分析得到受火区域构件的温度场。依据钢材性能随温度升高的变化,分析火灾荷载下平台结构的响应。火灾发生时,平台结构中的构件在火温的作用下,温度逐渐升高,虽然作用在结构上的荷载不变,但由于钢材的弹性模量和屈服强度都急剧下降,使平台结构的承载能力下降;当温度上升到600℃以上时,平台结构就形成足够数目的塑性铰,使结构达到极限破坏状态。通过计算分析表明,当火灾作用6 min后,着火房间构件发生严重屈曲,但平台结构整体性能保持良好;当火灾作用22 min后,受火区域构件都发生了较大的变形,引起平台结构的毁损和倾覆。     

考虑翘曲应力的半潜平台扭转极限强度计算方法研究

半潜平台由于结构和受力复杂,目前主要采用非线性有限元整体模型计算其扭转极限承载力,存在建模和计算时间较长、精度较差和不易收敛等问题。一方面进行半潜平台的整体有限元模型的简化研究,提高其计算效率和收敛性;另一方面基于薄壁杆件理论,将该半潜平台截面简化为单壁室截面计算其翘曲应力,提出了基于一跨模型且考虑翘曲应力影响的半潜平台约束扭转极限强度计算的简化增量迭代方法,并编制了相应的计算程序。计算结果表明,所提简化增量迭代方法计算精度较高,能很好地反应翘曲应力对半潜平台约束扭转极限强度的影响,大幅减少了计算约束扭转极限强度的时间,可用于半潜平台的设计。     

大型船舶碰撞引起的海洋导管架平台结构损伤分析

主要对某一海洋导管架平台结构受到大吨位起重铺管船的碰撞进行了详细的非线性数值动力模拟。采用非线性弹簧来模拟受损构件的凹陷特性，计算分析了船舶侧向撞击导管架平台结构在不同的碰撞接触时间下的构件损伤情况，与实际结构损伤的检测结果相比较，反演计算分析了船舶以不同的速度与平台发生碰撞，得到了不同的碰撞接触时间和最大撞击力，以及导管架平台结构主要节点的应力、位移时间历程曲线，可以确定受到撞击后导管架平台结构构件和管节点的损伤程度，对提出合理可行的修理加固方案提供了理论依据。     

基于压磁效应的锈胀开裂混凝土梁疲劳性能试验研究

开展了5根锈胀开裂钢筋混凝土梁疲劳试验并实时记录了梁表面的钢筋压磁信号,研究锈胀开裂混凝土梁的疲劳特性和压磁信号演化规律。结果表明梁疲劳寿命随钢筋锈蚀率增大而急剧减小,梁破坏时混凝土剥落,纵筋发生疲劳断裂;磁信号时变曲线随疲劳进程不断演化,在临近疲劳破坏时曲线形态发生明显畸变,能够反映梁疲劳损伤信息;磁感应强度变化幅值的发展符合三阶段特性,在疲劳初期和破坏前增长明显;磁感应强度变化幅值对钢筋锈蚀敏感,随锈蚀率增加而增大,因此建立了疲劳作用不同阶段磁信号幅值和梁内钢筋锈蚀率的相关关系。