混凝土結構耐久性能的概率預測與模糊綜合評估.pdf

1、本文應用概率統(tǒng)計和模糊數(shù)學理論，從不確定性分析的角度對服役混凝土結構從材料、構件到結構的不同層次的耐久性評估方法進行了研究。以混凝土碳化、氯離子侵蝕引起的鋼筋銹蝕、凍融作為混凝土結構劣化的主要環(huán)境作用因素，實現(xiàn)了以路徑概率、層次分析等建模方法與信息更新、空間變異等分析思路的有效結合，為混凝土結構耐久性評估提供了新方法。
　　 本文主要進行了以下研究：
　　 1.基于現(xiàn)場檢測試驗與分析，探討海港碼頭混凝土結構干濕交替區(qū)域氯

2、離子侵蝕狀況隨高程、季節(jié)、材料及服役時間的變化關系，提出基于海域氣象條件推定擴散模型參數(shù)，即表面氯離子濃度和擴散系數(shù)的新方法，并建立侵蝕嚴重區(qū)域高程范圍與設計潮位之間的關系，可為海港碼頭混凝土結構耐久性設計、維護及現(xiàn)場取樣工作提供參考依據(jù)。
　　 2.充分利用第三方結構參照物檢測與室內(nèi)快速實驗結果的先驗信息，初步確定性能預測模型參數(shù)，并通過少量結構原位測試和分析工作更新模型參數(shù)，實現(xiàn)混凝土結構耐久使用壽命的概率預測，提出了多環(huán)境

3、時間相似(METS)理論與Bayes信息更新手段相結合的動態(tài)壽命預測新思路。
　　 3.基于混凝土銹脹開裂過程的隨機性，提出了一種預測鋼筋銹蝕程度、銹脹裂縫開展狀況及承載力退化程度時變特性的路徑概率模型，并編制了計算程序，能有效評估和預測氯離子侵蝕、混凝土碳化及兩者耦合作用環(huán)境下鋼筋銹蝕狀況、銹脹裂縫寬度及構件承載力退化程度在不同時段的概率分布，實現(xiàn)了混凝土構件“有害物質侵蝕—鋼筋銹蝕—混凝土開裂—鋼筋銹蝕加劇—混凝土裂寬增大—

4、構件承載力下降”的性能劣化全過程的數(shù)值模擬。經(jīng)過多個工程實例驗證，該模型是合理、有效的。
　　 4.以國內(nèi)現(xiàn)有的凍融相似試驗研究和工程調查資料為基礎，經(jīng)過統(tǒng)計分析提出了一種考慮多因素修正的適合混凝土抗凍耐久性環(huán)境區(qū)劃設計與壽命預測的概率模型，成為混凝土抗凍壽命定量化設計和評估的可行方法。
　　 5.在現(xiàn)有等級模糊綜合評判和層次分析理論的基礎上，提出了一種改進的多層次混凝土橋梁耐久性評估模型。采用多因素決策的特征向量法、最

5、優(yōu)區(qū)間型隸屬度函數(shù)、模糊擴張算法及權重均值技術等數(shù)學工具，編制了相應的評估程序，實現(xiàn)了對在役橋梁構件、構成及總體等各層次耐久性等級的綜合評定，并結合基于銹脹開裂路徑的混凝土構件耐久性能概率預測方法，實現(xiàn)了橋梁下部結構耐久性能等級退化規(guī)律的預測，可為決策者和工程師獲得橋梁的系統(tǒng)判斷和后續(xù)維修加固方案提供依據(jù)。
　　 6.為改進現(xiàn)有可靠度計算方法在評價構件或結構耐久性問題中存在的不足，將耐久性預測模型參數(shù)的空間變異性引入對混凝土結構

6、性能劣化評估的概率預測模型中，計算獲得構件服役期內(nèi)的失效概率和混凝土表面鋼筋銹蝕損傷、開裂和剝落面積比率等有效信息，為制定經(jīng)濟有效的維修策略提供參考。
　　 本文得到國家自然科學基金重點課題“氯鹽侵蝕環(huán)境的混凝土結構耐久性設計與評估基礎理論研究”(50538070)、國家高技術研究發(fā)展863計劃“沿海重大混凝土橋梁耐久性試驗方法與壽命評估技術”(2006AA042422)、交通部西部交通建設科技項目“混凝土橋梁耐久性指標體系、檢