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现代预应力混凝土结构与普通钢筋混凝土结构相比,不仅其结构性能好,而且经济、节材、节能,具有广阔的应用前景。尤其对一些重要结构(如核电站、大型桥梁、标志性高层建筑等)和恶劣环境中的结构(如海洋平台、西部盐碱地区、化工车间等)来说,预应力已成为一种不可缺少的技术。长期侵蚀环境作用下,预应力混凝土结构内部会出现损伤、力学性能退化等耐久性问题。本文结合国家自然科学基金资助项目“双指标侵蚀环境作用下预应力结构耐久性试验与寿命预测研究(项目编号:50878098)”及“海工预应力混凝土结构耐久性试验相似理论探索与工程应用研究(51278230)”,通过试验研究与有限元分析,探索氯盐与硫酸盐侵蚀环境下预应力混凝土构件抗弯性能的劣化规律。主要完成了以下工作:
(1)提出氯离子在预应力混凝土受硫酸盐侵蚀下的传输模型。基于相似理论,综合考虑毛细孔隙率、硫酸根抗压抗蚀系数、氯离子结合能力、时间依赖性常数等影响,研究了硫酸盐环境下氯离子在预应力混凝土中的传输理论,并结合不同试验结果,对该模型的可靠性进行了验证。通过对各影响因素的分析,发现孔隙率、应力水平影响系数及时间依赖性常数对氯离子在预应力混凝土中的扩散性能影响较大。
(2)开展氯盐与硫酸盐共同作用下预应力混凝土构件耐久性试验。首先对预应力混凝土构件中预应力筋的自然腐蚀电位进行检测,结合规范判断其锈蚀可能性。随后对构件进行静载试验,从开裂荷载、裂缝发展、挠度变化、破坏形态、极限承载力等对各构件进行分析,研究了氯盐和硫酸盐共同作用下预应力混凝土构件抗弯性能的劣化规律。研究发现,对于内掺盐的试件,其开裂荷载早于其他普通试件,且裂缝发展较快。粉煤灰的加入有效地提高了试件的开裂荷载,却降低了试件的极限荷载。
(3)对预应力混凝土试件进行有限元分析。采用ADINA有限元软件对构件进行建模分析,重点模拟了裂缝开展情况。结果表明,模拟得到了预应力混凝土构件的开裂荷载较试验值低。
(4)对连云港某泊位进行耐久性检测和承载力评估,并提出结构加固建议。对连云港某泊位的海工结构耐久性进行调研,重点检测了部分构件的混凝土强度、钢筋截面锈蚀损失率、不同深度的氯离子含量,发现部分构件受腐蚀严重;并结合已建扩散模型对部分构件不同深度的氯离子含量进行数值分析,其结果与实测值吻合良好。最后对承载力进行评估,并提出结构加固建议。