考慮模糊性與隨機(jī)性的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)研究.pdf

1、混凝土(RC/PC)結(jié)構(gòu)是土木工程中應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一。混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性失效己成為困擾工程界的一個(gè)重要問(wèn)題，特別是沿海或近海地區(qū)因氯離子侵蝕導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不足而失效破壞的現(xiàn)象極為普遍，且后果嚴(yán)重。海洋環(huán)境下既有服役結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)的研究越來(lái)越受到人們的重視。論文在國(guó)家自然科學(xué)基金“雙指標(biāo)侵蝕環(huán)境下預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)耐久性試驗(yàn)與壽命預(yù)測(cè)研究(50878098)”的資助下，從某服役海工結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)入手，采用模糊數(shù)學(xué)、隨機(jī)模

2、擬等方法對(duì)此服役結(jié)構(gòu)進(jìn)行了耐久性評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)。主要開(kāi)展了以下研究工作：
　　 1.調(diào)查和研究了連云港某泊位海工結(jié)構(gòu)的耐久性。介紹了連云港某泊位碼頭的使用條件、耐久性狀況及耐久性檢測(cè)要求；統(tǒng)計(jì)并分析了碼頭及引橋結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的耐久性調(diào)查結(jié)果(空鼓和漏筋面積、混凝土強(qiáng)度、保護(hù)層厚度、碳化深度、鋼筋截面銹蝕損失率以及保護(hù)層中氯離子含量等)；簡(jiǎn)要評(píng)價(jià)了此碼頭的耐久性技術(shù)狀態(tài)，并提出了維修方案。耐久性調(diào)查結(jié)果將為后續(xù)耐久性評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)提

3、供了實(shí)際工程參考數(shù)據(jù)，使耐久性評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)建立在服役結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上。
　　 2.基于模糊數(shù)學(xué)原理對(duì)某海工結(jié)構(gòu)進(jìn)行了耐久性評(píng)估。綜合應(yīng)用等價(jià)關(guān)系的動(dòng)態(tài)聚類法和模糊c-均值聚類法對(duì)連云港某泊位構(gòu)件進(jìn)行了聚類分析，并利用MATLAB模糊工具箱實(shí)現(xiàn)了海工結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性模糊評(píng)估。此評(píng)估方法建立了樣本對(duì)于類別的不確定性動(dòng)態(tài)描述，避免了主觀因素對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響，能合理地反映樣本的耐久性狀況，方法可行。基于軟劃分的模糊c-均值聚類

4、法可對(duì)多個(gè)待評(píng)估樣本及多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行耐久性評(píng)估，得到各類模式樣本的聚類中心以及各樣本隸屬于各聚類中心模糊隸屬度，易于MATLAB編程實(shí)現(xiàn)，有一定的實(shí)際應(yīng)用意義。
　　 3.對(duì)氯離子侵蝕環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行了壽命評(píng)估。根據(jù)連云港某泊位碼頭及引橋結(jié)構(gòu)構(gòu)件的使用要求，將混凝土表面出現(xiàn)可接受最大外觀損傷作為待估結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性極限狀態(tài)，提出了采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行海工結(jié)構(gòu)耐久性服役壽命評(píng)估的方法，分析了海洋環(huán)境下影響結(jié)構(gòu)服役壽命

5、的因素，并采用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)推算并確定各構(gòu)件的耐久性參數(shù)(混凝土表面氯離子濃度、鋼筋處氯離子濃度、氯離子擴(kuò)散系數(shù)等)。耐久性壽命評(píng)估結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查檢測(cè)結(jié)果一致；保護(hù)層厚度、保護(hù)層中氯離子濃度及混凝土等級(jí)的實(shí)測(cè)，混凝土表面氯離子濃度、鋼筋表面氯離子濃度及鋼筋銹蝕臨界氯離子濃度等的推算與選取是海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性壽命評(píng)估中的關(guān)鍵因素。
　　 4.基于模糊可靠度與Monte Carlo隨機(jī)模擬對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了耐久性評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)

6、?？紤]耐久性壽命預(yù)測(cè)中的不確定性因素，將影響耐久性壽命的參數(shù)作為隨機(jī)變量來(lái)處理，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)推算出的結(jié)構(gòu)耐久性參數(shù)為基準(zhǔn)，確定了各參數(shù)的隨機(jī)分布，建立了包括多個(gè)隨機(jī)變量的概率型耐久性壽命預(yù)測(cè)模型，并基于Monte Carlo原理采用CrystalBall軟件對(duì)待估構(gòu)件進(jìn)行了隨機(jī)模擬，得到了基于隨機(jī)概率的具有不確定性的預(yù)測(cè)結(jié)果，使預(yù)測(cè)的耐久性壽命建立在失效概率和可靠度的基礎(chǔ)上，符合工程實(shí)際，有一定的實(shí)用價(jià)值。此外，對(duì)隨機(jī)模擬產(chǎn)生的假設(shè)參

7、數(shù)及預(yù)測(cè)參數(shù)的概率分布特征、統(tǒng)計(jì)分布參數(shù)及其敏感性、相關(guān)性等進(jìn)行了分析，得到了壽命預(yù)測(cè)模型中假設(shè)參數(shù)的變化對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響程度。對(duì)耐久性壽命影響最大的參數(shù)是混凝土保護(hù)層厚度，在耐久性評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)中，保護(hù)層厚度的概率分布十分重要。此外，除了保護(hù)層厚度，表面氯離子濃度、臨界氯離子濃度、氯離子擴(kuò)散系數(shù)等表征海洋環(huán)境中氯離子濃度的參數(shù)也是影響海工結(jié)構(gòu)耐久壽命的重要參數(shù)。
　　 論文根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的有關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)氯鹽侵蝕環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)