港口工程混凝土构成全寿命设计标准系统研究.docVIP

　　港口工程混凝土构成全寿命设计标准系统研究 1绪论 1.1研究背景 钢筋混凝土材料在土木工程领域具有举足轻重的地位，也是世界上用量最多，使用范围最广的一种建筑材料。虽然钢筋混凝土材料在一定条件下能够满足人们对于使用年限的要求，但是随着时间的推移，人们发现钢筋混凝土材料在某些环境下使用存在耐久性的问题。调查研究发现，钢筋绣烛和混凝土冻融破坏是造成混凝土结构耐久性劣化的两种主要原因。我国幅员辽阔，南北气候差异巨大，长江以北特别是东北和华北地区，冻融破坏是港口工程混凝土结构较为普遍的一种病害。而东南沿海一带，则存在广泛的氯盐环境，沿海地区海水、海风、海雾中含有大量的氯盐，沿海一带的盐淸土多以含氯盐为主。西部地区如新疆、青海、西藏、甘肃、宁夏以及内蒙古等地均有大面积的盐渍区，盐湖带主要集中在大西北和内蒙古一带，约占国土面积的1/2,那里含盐量为0.4?30%的盐淸土分布范围极广，盐湖地区齒水的含盐量极高此外，在盐湖地区的大气中，也含有大量的盐雾和含盐灰尘。由此可见，我国港口工程混凝土结构的耐久性问题主要表现为ldquo;南锈北冻rdquo;以及冻融和氯盐稱合作用的问题。氯盐对混凝土中的钢筋具有腐蚀性，它使钢筋强度以及钢筋与混凝土之间的粘结性能等基本力学性能降低；冻融循环作用使得混凝土的拉压强度、弹性模量、钢筋与混凝土之间的粘结性能等基本力学性能下降；而在冻融和氯盐侵烛下港口工程混凝土结构的各项力学指标退化则产生加聚效应。各项基本力学性能下降必然影响港口工程混凝土结构的安全性和适用性，使结构提前达到破坏。为保证港口工程混凝土结构在设计使用寿命内满足安全、适用的要求，需在后期投入巨额的维修、维护和检测费用。可见，氯盐侵蚀和冻融等因素造成的耐久性问题，已经不仅仅是技术问题，更是工程经济和安全适用性的问题。 国内外相关机构对在役港口工程混凝土结构耐久性状况进行了调查，结果表明：大部分在役高桩码头均产生不同程度的破坏[3]。80年代以前建成港口混凝土结构使用不到十年即严重破坏。大部分码头构件锈烛严重，横梁等部件开裂，面板混凝土剥落，钢筋外露。对北方某服役10年以上的重力式码头进行耐久性调查发现，部分构件混凝土脱落，钢筋锈烛严重[4]。国家交通部于1986年制订了《海港钢筋混凝土结构防腐烛技术规定》JTJ228-87和《海港预应力钢筋混凝土结构防腐烛技术规定》Jn229-87(以下简称87规范)。2000年左右，相关部门针对按87规范修建的码头幵展调查[5]，结果显示，钢筋锈烛破坏的情况明显减轻，从而证实了《海港钢筋凝土结构防腐烛技术规定》对提高港口码头钢筋混凝土的耐久性起到了重要作用。为了进一步提高港口混凝土结构的耐久性能，延长港口工程混凝土结构的使用寿命，在总结我国港口工程混凝土结构防腐烛技术的科研成果和设计、施工经验的基础上，借鉴国内外有关标准和技术成果，2000年国家又发布了《海港工程混凝土结构防腐烛技术规范》JTJ275-2000,该规范中提出了对结构进行耐久性设计的建议及一些特殊防腐蚀的措施等。但是总体来看，无论是氯盐侵烛还是冻融循环产生的耐久性破坏，目前各种规范都着重从材料、构造、施工、养护等方面考虑混凝土结构的耐久性问题，对氯盐侵烛和冻融循环作用以及二者相互親合作用下结构全寿命耐久性设计的理论和方法还没有。随着对结构耐久性问题研究的不断深入，国内外学者逐渐意识到结构设计理论和方法反过来也是影响和制约结构耐久性和使用寿命的主要因素。要使工程结构的设计和使用符合国家的可持续发展战略以及循环经济的基本要求，必须从结构设计理论和方法上全面创新。因此，提出了工程结构全寿命周期设计的新理念，将结构设计的时间周期由现行设计理论只考虑建成状态拓展到结构的规划、设计、施工、运营、老化及废除的各个阶段。从工程实际情况来看，这种拓展是合理的，也是十分必要的。 1.2全寿命设计理论简介 从20世纪60年代以来，国外科研究机构开始将全寿命理论应用于工程领域，取得重要研究成果：1969年，Winfrey提出在交通工程中进行全寿命经济分析。开创了在土木工程领域进行全寿命经济分析研究的先河。1974年，Gordon在专业期刊明确提出了 ldquo;全寿命成本rdquo;的概念[8]。1977年，美国建筑师协会发表了《全寿命周期造价分析建筑师指南》，给出了全寿命周期经济分析的初步概念和思想，并指出研究的方向和分析方法[9]。1980年，Orshan从建筑设计方案比较的角度提出在建筑方案设计中要综合考虑项目的建造成本和维护成本的思想，并探讨工程项目造价的数学模型以及工程项目成本的划分方法等_。1983 年，美国公路研究基金(National Cooperative Highway Research)开始立项(20-5FY 1983)以推动道路和