基于多因素耦合的錨桿錨固結構耐久性研究.pdf

1、隨著中國的改革開放和城鎮(zhèn)化進程的推進，特別是“一帶一路”戰(zhàn)略的實施，錨桿錨固結構在我國巖土錨固工程中得到空前廣泛的應用。其發(fā)展速度之快、應用規(guī)模之大，應用量之多已躍居世界之首。但另一方面，錨桿錨固結構所處自然環(huán)境大多十分惡劣，各種腐蝕性介質及雜散電流廣泛存在，同時在荷載的作用下，還存在嚴重的應力腐蝕。錨桿錨固結構在這樣的工作環(huán)境和長期使用條件下會逐漸老化，損傷甚至破壞，世界各地均發(fā)生過由于耐久性不足而導致錨固失效的工程實例，有學者甚至將

2、之比喻為“定時炸彈”。可見，錨固體結構耐久性研究的重要性和緊迫性。
　　世界范圍內的眾多學者對混凝土結構進行了大量理論與實驗研究，深入研討了各種實際工程中遇到的混凝土結構耐久性問題。但其研究范圍主要局限于鋼筋混凝土結構。而鋼筋混凝土結構的工作環(huán)境、受力狀態(tài)與錨固體結構有著較大的差別，鋼筋混凝土結構的研究結果不能完全直接運用于錨固結構。錨桿錨固結構耐久性研究工作意義重大，但該領域的研究尚處于基礎階段，相關的實驗模型、試驗方法、實驗數(shù)

3、據(jù)的分析、實驗成果與實際工程評估體系的結合等都還有大量問題亟需解決。
　　在土壤及巖石環(huán)境中，影響錨固體結構耐久性的因素很多，且這些因素相互影響，表現(xiàn)出很強的隨機性和模糊性，本文通過實驗和理論分析，對多因素耦合條件下錨桿錨固系統(tǒng)的腐蝕退化機理進行分析；對多種腐蝕介質與應力作用復合條件下錨桿錨固結構耐久性影響因素進行了研究，結合層次分析法和模糊數(shù)學理論，采用模糊綜合評價方法評估了錨固結構的耐久性。具體的工作及成果如下：
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4、設計符合實際受力狀態(tài)的新型錨桿試件，建立考慮多因素耦合的錨桿錨固結構耐久性試驗系列新方法。對錨固試件使用不同濃度的單一介質腐蝕溶液、復合介質腐蝕溶液在長期浸泡、浸烘循環(huán)、長期荷載等復合條件下進行了實驗研究。通過對實驗結果的分析，研究錨桿錨固系統(tǒng)在復雜因素作用下的腐蝕損傷機理，為研究錨桿體在多因素耦合作用下的腐蝕介質擴散規(guī)律提供支撐。
　?、谑褂脽釋W方法對腐蝕介質在錨固體內部擴散的過程進行了研究。本文通過對比 PFC2D的熱學模擬結

5、果與理論公式結果，驗證了 PFC2D熱學模擬的正確性。進行了單一氯離子在水泥砂漿錨固體中擴散的 PFC2D模擬、浸烘循環(huán)的模擬、硫酸鹽對氯離子在砂漿錨固體中擴散的影響模擬研究，并與實驗結果進行了對比驗證。
　　③創(chuàng)新性的使用細觀斷裂力學理論對錨固體在長期拉應力作用下的微裂縫開展進行了研究。本文通過化學反應速率理論和裂紋增長動力學知識推導了錨固體在長期拉應力作用下裂紋開展的時間效應相關參數(shù)，然后結合 PFC2D的平行黏結模型推導了如

6、何計算時間增長減少平行黏結直徑、估計黏結失效的時間。本文進行了錨固體在長期拉應力作用下的應力腐蝕裂紋模擬研究，并與實驗結果進行了對比。
　?、苓M行了考慮化學腐蝕對應力腐蝕影響的研究。實驗證明，腐蝕介質進入砂漿錨固體內部，發(fā)生化學反應，生成難溶的鹽類礦物，引起膨脹、開裂，導致砂漿錨固體的劣化，加速了應力腐蝕的發(fā)生。本文通過 PFC2D的熱學計算模塊和力學計算模塊研究這種影響。在計算過程中，根據(jù)熱學模塊的計算結果獲得氯離子濃度；再調用

7、應力腐蝕子程序，利用氯離子濃度對混凝土裂紋擴張臨界應力進行修正，模擬砂漿錨固體的開裂情況。與實驗結果的對比證明這一方法比單純考慮應力腐蝕的計算方法更加接近實際。
　　⑤建立了“考慮熱學-細觀力學耦合的錨固體內部腐蝕介質擴散模擬方法”。在計算過程中，進行 PFC2D的熱學模塊和力學模塊的耦合計算，熱學模塊輸出氯離子濃度分布情況，力學模塊根據(jù)氯離子濃度對應力腐蝕的結果進行修正；另一方面力學模塊輸出模型的應力、裂紋生成等信息，熱學模塊讀

8、取這些信息后允許模型的熱學邊界做出修正，生成新的熱學計算的“邊界條件”。通過與實驗數(shù)據(jù)的對比，證明耦合計算能較好地模擬砂漿錨固體在長期拉力以及腐蝕介質復合作用下的開裂和腐蝕的情況。
　　⑥分析了腐蝕性離子侵蝕錨固體和鋼筋開始腐蝕失效的各種不確定因素，建立了基于一次二階矩理論的半分析概率預測模型，用于計算錨固系統(tǒng)達到一定概率發(fā)生腐蝕破壞或者鋼筋達到腐蝕失效需要的試件，與傳統(tǒng)的確定性分析模型相比，新模型可以研究錨固體系的腐蝕失效概率關

9、于各參數(shù)的敏感性，可以分析這些影響因素的平均值和變異系數(shù)的影響。
　?、邚慕Y構層次全面分析了影響錨固體結構耐久性的各種因素及其特點，建立錨固結構耐久性評估新方法。利用層次分析和模糊數(shù)學理論，突破停留在構件層次上的錨固結構耐久性研究，從結構層次討論錨固結構耐久性，與實際工況更為接近。
　　本文通過實驗和理論分析，對多因素耦合條件下錨桿錨固結構耐久性展開了一系列研究，希望取得的研究成果能起到拋磚引玉的作用，為今后的研究提供一些思