目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 問題的提出 3
1.1.1 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的嚴(yán)重性 3
1.1.2 提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要性 9
1.2 研究現(xiàn)狀 11
1.2.1 相似理論 11
1.2.2 信息科學(xué) 12
1.2.3 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性試驗(yàn)方法 12
1.2.4 耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范 18
1.3 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性相似理論與方法的發(fā)展 18
參考文獻(xiàn) 19
第2章 相似理論 25
2.1 第一相似定理 27
2.2 第二相似定理 28
2.3 第三相似定理 29
2.4 復(fù)合相似理論 30
參考文獻(xiàn) 31
第3章 相對(duì)信息理論基礎(chǔ) 33
3.1 Shannon信息理論 35
3.1.1 理論提出 35
3.1.2 理論應(yīng)用及發(fā)展 36
3.2 相對(duì)信息理論 36
3.2.1 理論提出 36
3.2.2 理論應(yīng)用及發(fā)展 37
3.3 相對(duì)信息的表示 37
3.3.1 Jumarie洛倫茲變換 37
3.3.2 相對(duì)信息熵 38
參考文獻(xiàn) 39
第4章 結(jié)構(gòu)可靠度基本理論 41
4.1 結(jié)構(gòu)可靠度的一般形式 43
4.1.1 基本概念 43
4.1.2 時(shí)變可靠度 46
4.2 可靠度的計(jì)算 47
4.2.1 驗(yàn)算點(diǎn)法 47
4.2.2 二次二階矩法 49
4.2.3 響應(yīng)面法 51
4.2.4 蒙特卡羅法 52
4.2.5 時(shí)變可靠度計(jì)算 55
4.3 不確定性的表現(xiàn)形式 57
4.3.1 事物的隨機(jī)性 57
4.3.2 事物的模糊性 57
4.3.3 事物知識(shí)的不完善性 57
4.4 基于相對(duì)信息的可靠度計(jì)算方法 58
4.4.1 基本概念 58
4.4.2 計(jì)算思路 60
參考文獻(xiàn) 61
第5章 結(jié)構(gòu)耐久性的相似問題 65
5.1 結(jié)構(gòu)耐久性的基本問題 67
5.1.1 碳化侵蝕 67
5.1.2 凍融破壞 68
5.1.3 氯鹽侵蝕 68
5.1.4 硫酸鹽侵蝕 69
5.2 耐久性的相對(duì)性 70
5.2.1 環(huán)境的相似性 70
5.2.2 信息的相對(duì)性 70
5.2.3 時(shí)間的相似性 71
5.3 常規(guī)耐久性問題的求解 71
5.3.1 一般大氣環(huán)境 71
5.3.2 凍融環(huán)境 72
5.3.3 海洋氯化物環(huán)境 73
5.4 沿海結(jié)構(gòu)耐久性問題 73
5.4.1 沿�；炷�土結(jié)構(gòu)耐久性的特點(diǎn) 73
5.4.2 氯離子在混凝土中的傳輸機(jī)理 74
5.4.3 主要影響因素 77
參考文獻(xiàn) 87
第6章 多重環(huán)境時(shí)間相似理論 93
6.1 一般問題 95
6.1.1 METS 95
6.1.2 METS理論的參數(shù)選取 97
6.1.3 基于METS方法的沿海混凝土結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測 99
6.2 METS試驗(yàn)方法與設(shè)計(jì) 101
6.2.1 METS試驗(yàn)方法研究 101
6.2.2 沿�；炷�土結(jié)構(gòu)耐久性METS試驗(yàn)設(shè)計(jì) 108
6.3 沿�；炷�土結(jié)構(gòu)耐久性METS試驗(yàn)的結(jié)果與分析 112
6.3.1 第三方參照物的現(xiàn)場檢測試驗(yàn)結(jié)果與分析 112
6.3.2 現(xiàn)場暴露試驗(yàn)設(shè)計(jì) 126
6.3.3 現(xiàn)場暴露試驗(yàn)的耐久性檢測結(jié)果與分析 131
6.3.4 室內(nèi)加速試驗(yàn)結(jié)果與分析 134
6.4 沿�；炷�土結(jié)構(gòu)耐久性METS相關(guān)參數(shù)的研究 146
6.4.1 METS試驗(yàn)的氯離子擴(kuò)散系數(shù)研究 147
6.4.2 氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨暴露時(shí)間變化規(guī)律研究 155
6.4.3 不同環(huán)境氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)的相似性研究 160
6.4.4 混凝土表層對(duì)流區(qū)深度的試驗(yàn)研究 163
6.4.5 METS試驗(yàn)混凝土的表面氯離子濃度研究 168
6.4.6 不同環(huán)境氯離子對(duì)普通混凝土侵蝕的相似性分析 174
參考文獻(xiàn) 181
第7章 多重環(huán)境時(shí)間相似理論的工程應(yīng)用 185
7.1 METS的應(yīng)用流程 187
7.2 工程概況 190
7.3 海工混凝土相似系數(shù)的修正 193
7.4 跨海大橋耐久性METS方法的壽命預(yù)測 196
7.4.1 COMSOL Multiphysics數(shù)值分析軟件介紹 196
7.4.2 大橋主要結(jié)構(gòu)部位混凝土結(jié)構(gòu)耐久性壽命預(yù)測 198
7.4.3 與其他壽命預(yù)測結(jié)果的比較 208
參考文獻(xiàn) 211
第8章 廣義多重環(huán)境時(shí)間相似理論 213
8.1 RI-METS理論 215
8.1.1 理論引入 215
8.1.2 METS路徑 216
8.1.3 工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 221
8.1.4 試驗(yàn)系統(tǒng) 232
8.1.5 相對(duì)信息 234
8.2 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范系統(tǒng) 236
8.2.1 設(shè)計(jì)規(guī)范系統(tǒng) 236
8.2.2 指定設(shè)計(jì)法 237
8.2.3 避免劣化法 250
8.2.4 基于性能和可靠度的設(shè)計(jì)方法 250
8.3 求解思路 253
參考文獻(xiàn) 254
第9章 RI-METS理論與應(yīng)用：一般大氣環(huán)境 257
9.1 劣化機(jī)理與過程 259
9.2 工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 259
9.2.1 宏觀尺度 259
9.2.2 細(xì)觀尺度 260
9.2.3 微觀尺度 261
9.3 耐久性極限狀態(tài) 262
9.4 環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng) 263
9.5 RI-METS理論 265
9.5.1 METS理論 265
9.5.2 METS路徑 266
9.5.3 相對(duì)信息熵 266
9.5.4 相對(duì)信息 268
9.6 RI-METS理論的應(yīng)用 268
9.6.1 工程概況 268
9.6.2 工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 268
9.6.3 試驗(yàn)系統(tǒng) 269
9.6.4 METS路徑 269
9.6.5 相對(duì)信息熵 271
9.6.6 相對(duì)信息 273
9.6.7 控制決策 275
參考文獻(xiàn) 276
第10章 RI-METS理論與應(yīng)用：凍融環(huán)境 279
10.1 劣化機(jī)理與過程 281
10.2 工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 281
10.2.1 宏觀尺度 281
10.2.2 細(xì)觀尺度 282
10.2.3 微觀尺度 283
10.3 耐久性極限狀態(tài) 284
10.4 環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng) 284
10.5 RI-METS理論 286
10.5.1 METS理論 286
10.5.2 METS路徑 287
10.5.3 相對(duì)信息熵 288
10.5.4 相對(duì)信息 290
10.6 RI-METS理論的應(yīng)用 290
10.6.1 工程概況 290
10.6.2 工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 290
10.6.3 試驗(yàn)系統(tǒng) 291
10.6.4 METS路徑 291
10.6.5 相對(duì)信息熵 294
10.6.6 相對(duì)信息 297
10.6.7 控制決策 301
參考文獻(xiàn) 302
第11章 RI-METS理論與應(yīng)用：海洋氯化物環(huán)境 303
11.1 劣化機(jī)理與過程 305
11.2 工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 305
11.2.1 宏觀尺度 305
11.2.2 細(xì)觀尺度 306
11.2.3 微觀尺度 307
11.3 耐久性極限狀態(tài) 308
11.4 環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng) 308
11.5 RI-METS理論 310
11.5.1 METS理論 310
11.5.2 METS路徑 313
11.5.3 相對(duì)信息熵 314
11.5.4 相對(duì)信息 316
11.6 RI-METS理論的應(yīng)用 316
11.6.1 工程概況 316
11.6.2 工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 316
11.6.3 試驗(yàn)系統(tǒng) 317
11.6.4 METS路徑 317
11.6.5 相對(duì)信息熵 327
11.6.6 相對(duì)信息 332
11.6.7 控制決策 335
參考文獻(xiàn) 337
第12章 在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用 339
12.1 輸電線路覆冰后安全性的METS方法 341
12.2 結(jié)構(gòu)在地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)的METS方法 341
12.3 衛(wèi)星發(fā)射階段的動(dòng)力特性分析的METS方法 342
12.4 橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞可靠性分析的METS方法 343
參考文獻(xiàn) 344
名詞索引 347
CONTENTS
Preface
Chapter 1 Introduction 1
1.1 Statement of problem 3
1.1.1 The severity of concrete structural durability 3
1.1.2 The importance of improving the durability of concrete structures 9
1.2 Status of research 11
1.2.1 Similarity theory 11
1.2.2 Information science 12
1.2.3 Testing method of concrete structural durability 12
1.2.4 Specification of durability design 18
1.3 Development of similarity theory and method of concrete structural durability 18
References 19
Chapter 2 Theory of Similarity 25
2.1 The first similarity theorem 27
2.2 The second similarity theorem 28
2.3 The third similarity theorem 29
2.4 Compound similarity theory 30
References 31
Chapter 3 The basic of Relative Information Theory 33
3.1 Shannon's information theory 35
3.1.1 Proposal of the theory 35
3.1.2 Application and development of the theory 36
3.2 Relative information theory 36
3.2.1 Proposal of the theory 36
3.2.2 Application and development of the theory 37
3.3 Representation of relative information 37
3.3.1 Jumarie’s Lorentz transformation 37
3.3.2 Relative information entropy 38
References 39
Chapter 4 The basic of Theory of Reliability 41
4.1 General representation of reliability theory 43
4.1.1 Basic concept 43
4.1.2 Time-varying reliability 46
4.2 Calculation of Reliability 47
4.2.1 Checkpoint method(JC’s method) 47
4.2.2 Second-order second-moment method 49
4.2.3 Response surface methodology 51
4.2.4 Monte Carlo method 52
4.2.5 Calculation of time-varying reliability 55
4.3 Representation of uncertainty 57
4.3.1 Randomness of things 57
4.3.2 Fuzziness of things 57
4.3.3 Incompleteness of knowledge of things 57
4.4 Method of reliability’s calculation based on relative information 58
4.4.1 Basic concept 58
4.4.2 Ideas of calculation 60
References 61
Chapter 5 Similarity Problems of Structural Durability 65
5.1 Basic problem of structural durability 67
5.1.1 Carbonization erosion 67
5.1.2 Freezing and thawing damage 68
5.1.3 Chloride erosion 68
5.1.4 Sulfate erosion 69
5.2 Relativity of durability 70
5.2.1 Relativity of environment 70
5.2.2 Relativity of information 70
5.2.3 Relativity of time 71
5.3 Solution of conventional problems of durability 71
5.3.1 General atmospheric environment 71
5.3.2 Freezing-thawing 72
5.3.3 Marine environment 73
5.4 Problems of coastal concrete structural durability 73
5.4.1 Characteristics of durability of coastal concrete structures 73
5.4.2 Transporting mechanism of chloride ion in concrete 74
5.4.3 The main influencing factors 77
References 87
Chapter 6 Multiple Environmental Time Similarity Theory 93
6.1 General problems 95
6.1.1 Multiple environmental time similarity 95
6.1.2 Parameter’s selection of METS method 97
6.1.3 METS method for predicting durability life of coastal concrete structures 99
6.2 Testing method and design in METS theory 101
6.2.1 Study on testing method of METS method 101
6.2.2 Testing design of METS method for coastal concrete structural durability 108
6.3 Results and analysis of test in METS method for coastal concrete structural durability 112
6.3.1 Field test results and analysis of the third-party reference 112
6.3.2 Design of field exposure test 126
6.3.3 Durability testing results and analysis of field exposure test 131
6.3.4 Results and analysis of indoor accelerated test 134
6.4 Study on related parameters of METS method for coastal
concrete structural durability 146
6.4.1 Study on chloride ion diffusion coefficient of METS method test 147
6.4.2 Study on the variation of chloride ion diffusion coefficient with exposed time 155
6.4.3 Study on similarity of apparent diffusion coefficient of chloride ion in different environment 160
6.4.4 Experimental study on depth of convective zone of concrete surface 163
6.4.5 Study on external chloride concentration of concrete in METS method test 168
6.4.6 Similarity analysis of common concrete erosion caused by chloride ions in different environments 174
References 181
Chapter 7 Engineering Application of Muitiple Environmental Time Similarity Theory 185
7.1 Application flow of METS method 187
7.2 General situation of engineering 190
7.3 Modification of similarity coefficient of marine concrete in sea-crossing bridge 193
7.4 Durability life prediction of sea-crossing bridge using METS method 196
7.4.1 Introduction to the numerical analysis software COMSOL Multiphysics 196
7.4.2 Durability life prediction of concrete structures in main structural parts of sea-crossing bridge 198
7.4.3 Comparison with other results of life prediction 208
References 211
Chapter 8 General Mutiple Environmental Time Similarity Theory 213
8.1 RI-METS method 215
8.1.1 Introduction of Theorety 215
8.1.2 METS path 216
8.1.3 Engineering structural system 221
8.1.4 Testing system 232
8.1.5 Relative information 234
8.2 Design code system for concrete structural durability 236
8.2.1 Design code system 236
8.2.2 Prescriptive design method 237
8.2.3 Avoiding deterioration method 250
8.2.4 Performance-reliability-based method 250
8.3 Idea of solution 253
References 254
Chapter 9 RI-METS Theory and Application:General Atmospheric Environment 257
9.1 Deterioration mechanism and process 259
9.2 Engineering structural system 259
9.2.1 Macro scale 259
9.2.2 Meso scale 260
9.2.3 Micro scale 261
9.3 Limit state of durability 262
9.4 Environmental testing system 263
9.5 RI-METS theory 265
9.5.1 METS theory 265
9.5.2 METS path 266
9.5.3 Relative information entropy 266
9.5.4 Relative information 268
9.6 Application of RI-METS theory 268
9.6.1 General situation of engineering 268
9.6.2 Engineering structural system 268
9.6.3 Testing system 269
9.6.4 METS path 269
9.6.5 Relative information entropy 271
9.6.6 Relative information 273
9.6.7 Control and decision 275
References 276
Chapter 10 RI-METS theory and Application:Freezing-thawing Environment 279
10.1 Deterioration mechanism and process 281
10.2 Engineering structural system 281
10.2.1 Macro scale 281
10.2.2 Meso scale 282
10.2.3 Micro scale 283
10.3 Limit state of durability 284
10.4 Environmental testing system 284
10.5 RI-METS theory 286
10.5.1 METS theory 286
10.5.2 METS path 287
10.5.3 Relative information entropy 288
10.5.4 Relative information 290
10.6 Application of RI-METS theory 290
10.6.1 General situation of engineering 290
10.6.2 Engineering structural system 290
10.6.3 Testing system 291
10.6.4 METS path 291
10.6.5 Relative information entropy 294
10.6.6 Relative information 297
10.6.7 Control and decision 301
References 302
Chapter 11 RI-METS Theory and Application:Marine Environment 303
11.1 Deterioration mechanism and process 305
11.2 Engineering structural system 305
11.2.1 Macro scale 305
11.2.2 Meso scale 306
11.2.3 Micro scale 307
11.3 Limit state of durability 308
11.4 Environmental testing system 308
11.5 RI-METS theory 310
11.5.1 METS theory 310
11.5.2 METS path 313
11.5.3 Relative information entropy 314
11.5.4 Relative information 316
11.6 Application of RI-METS theory 316
11.6.1 General situation of engineering 316
11.6.2 Engineering structural system 316
11.6.3 Testing system 317
11.6.4 METS path 317
11.6.5 Relative information entropy 327
11.6.6 Relative information 332
11.6.7 Control and decision 335
References 337
Chapter 12 Applications in Other Fields 339
12.1 METS method for safety of transmission lines after icing 341
12.2 METS method for dynamic response of structures under earthquake action 341
12.3 METS method for dynamic characteristics analysis of satellite launch phase 342
12.4 METS method for fatigue reliability analysis of bridge structures 343
References 344
Index 347
表目錄
表1-1 我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)概況 3
表1-2 我國GDP與建筑業(yè)總產(chǎn)值 4
表4-1 可靠指標(biāo)β與結(jié)構(gòu)的失效概率Pf的對(duì)應(yīng)關(guān)系 46
表5-1 海洋環(huán)境條件下不同混凝土材料的時(shí)間衰減系數(shù)n 81
表5-2 DuraCrete中時(shí)間衰減系數(shù)n的取值 81
表5-3 Val和Stewart建議的表面氯離子濃度取值 82
表5-4 DuraCrete中的擬合系數(shù)Ac的取值 83
表5-5 近海大氣區(qū)混凝土表面的氯離子濃度(日本土木學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)) 83
表5-6 Life-365近海大氣區(qū)混凝土表面的氯離子濃度 83
表5-7 用于設(shè)計(jì)的表面氯離子濃度Cs(混凝土中氯離子與混凝土質(zhì)量的比值) 83
表5-8 DuraCrete中關(guān)于Δx取值的規(guī)定 84
表5-9 引起鋼筋銹蝕的氯離子閾值 86
表5-10 不同標(biāo)準(zhǔn)或研究者報(bào)道的氯離子閾值 87
表5-11 DuraCrete規(guī)定的氯離子閾值(%，與膠凝材料質(zhì)量的比值) 87
表6-1 海水環(huán)境混凝土部位劃分 110
表6-2 天然大洋海水(全世界77個(gè)海水樣品)鹽含量成分表 113
表6-3 海水水質(zhì)分析表 113
表6-4 潮位特征值(1985國家高程基準(zhǔn)) 113
表6-5 乍浦港氣象特征統(tǒng)計(jì)表 115
表6-6 乍浦港一期二泊位混凝土配合比 116
表6-7 乍浦港二期一泊位混凝土配合比 116
表6-8 乍浦港二期四泊位混凝土配合比 116
表6-9 乍浦港三期一泊位混凝土配合比 117
表6-10 各高程處海水浸潤時(shí)間比例 125
表6-11 現(xiàn)場暴露試驗(yàn)站鋼格柵及連接件涂裝方案 128
表6-12 現(xiàn)場暴露試驗(yàn)混凝土試件數(shù)量匯總表 130
表6-13 海工混凝土典型配合比 130
表6-14 普通混凝土試件配合比 130
表6-15 現(xiàn)場暴露試驗(yàn)不同取樣部位的暴露時(shí)間表 131
表6-16 各環(huán)境分區(qū)的氯離子侵蝕機(jī)理和主要環(huán)境因素表 135
表6-17 水下區(qū)室內(nèi)加速模擬試驗(yàn)的控制溫度 136
表6-18 室內(nèi)加速試驗(yàn)潮差區(qū)環(huán)境參數(shù)模擬結(jié)果 137
表6-19 室內(nèi)加速試驗(yàn)浪濺區(qū)環(huán)境參數(shù)模擬結(jié)果 138
表6-20 研究對(duì)象對(duì)應(yīng)的室內(nèi)加速試驗(yàn)混凝土試件數(shù)量匯表 139
表6-21 現(xiàn)場檢測部位對(duì)應(yīng)的室內(nèi)試驗(yàn)混凝土試件數(shù)量統(tǒng)計(jì)表 139
表6-22 乍浦港混凝土試件取樣時(shí)間與加速試驗(yàn)時(shí)間對(duì)照表 140
表6-23 杭州灣跨海大橋混凝土試件取樣時(shí)間與加速試驗(yàn)時(shí)間表 143
表6-24 第三方參照物現(xiàn)場取樣暴露時(shí)間對(duì)照表 148
表6-25 第三方參照物大氣區(qū)混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)表 148
表6-26 第三方參照物浪濺區(qū)混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)表 149
表6-27 第三方參照物潮差區(qū)混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)表 150
表6-28 第三方參照物不同環(huán)境分區(qū)氯離子擴(kuò)散系數(shù)的平均值 150
表6-29 現(xiàn)場暴露試驗(yàn)不同環(huán)境分區(qū)氯離子擴(kuò)散系數(shù)表 152
表6-30 乍浦港試件不同環(huán)境分區(qū)的氯離子擴(kuò)散系數(shù) 153
表6-31 大橋試件不同環(huán)境分區(qū)的氯離子擴(kuò)散系數(shù) 154
表6-32 室內(nèi)加速試驗(yàn)得到的不同混凝土材料的時(shí)間衰減系數(shù)和28天表觀擴(kuò)散系數(shù) 157
表6-33 混凝土試件時(shí)間衰減系數(shù)n的計(jì)算結(jié)果與擬合結(jié)果比較表 159
表6-34 不同環(huán)境現(xiàn)場檢測氯離子擴(kuò)散系數(shù)的相似率計(jì)算表 161
表6-35 不同環(huán)境混凝土試件氯離子擴(kuò)散系數(shù)的相似率計(jì)算表 161
表6-36 室內(nèi)加速與現(xiàn)場環(huán)境氯離子擴(kuò)散系數(shù)的相似率 162
表6-37 浪濺區(qū)混凝土試件的材料組成與編號(hào) 165
表6-38 普通混凝土和海工混凝土對(duì)流區(qū)深度建議值 168
表6-39 不同環(huán)境分區(qū)現(xiàn)場檢測試驗(yàn)表面氯離子濃度的擬合結(jié)果(占混凝土質(zhì)量的百分比) 170
表6-40 不同環(huán)境室內(nèi)加速試驗(yàn)表面氯離子濃度的擬合結(jié)果(占混凝土質(zhì)量的百分比) 171
表6-41 不同環(huán)境表面氯離子濃度相似率計(jì)算表 173
表6-42 室內(nèi)加速與現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境表面氯離子濃度的相似率 174
表7-1 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件使用環(huán)境分區(qū)及其侵蝕作用級(jí)別 191
表7-2 海工混凝土的典型配合比 191
表7-3 海工混凝土實(shí)測性能 192
表7-4 各國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小保護(hù)層厚度 192
表7-5 杭州灣跨海大橋混凝土結(jié)構(gòu)各部位鋼筋保護(hù)層厚度 192
表7-6 室內(nèi)加速與現(xiàn)場環(huán)境普通混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的相似率 193
表7-7 室內(nèi)加速與現(xiàn)場環(huán)境海工混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的相似率計(jì)算 193
表7-8 室內(nèi)加速與現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境海工混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的相似率 195
表7-9 室內(nèi)加速與現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境海工混凝土表面氯離子濃度的相似率 195
表7-10 現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境中杭州灣跨海大橋海工混凝土表層區(qū)深度Δx的取值 198
表7-11 杭州灣跨海大橋主要結(jié)構(gòu)部位耐久性壽命預(yù)測結(jié)果 207
表7-12 杭州灣跨海大橋海上混凝土構(gòu)件前兩次壽命預(yù)測結(jié)果 208
表7-13 浙江大學(xué)2007年基于M-C方法杭州灣大橋主要結(jié)構(gòu)部位耐久性壽命預(yù)測結(jié)果 209
表7-14 浙江大學(xué)2008年基于M-C方法杭州灣大橋主要結(jié)構(gòu)部位耐久性壽命預(yù)測結(jié)果 209
表8-1 中國海域海水鹽度 223
表8-2 細(xì)觀尺度下不同工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的影響因素 224
表8-3 我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限 238
表8-4 中、歐、美規(guī)范環(huán)境類別對(duì)照表 240
表8-5 中、歐、美規(guī)范不同環(huán)境類別混凝土最低強(qiáng)度等級(jí) 241
表8-6 中、歐、美規(guī)范不同環(huán)境類別混凝土最大水膠比 243
表8-7 中、歐規(guī)范不同環(huán)境類別最小膠凝材料用量 245
表8-8 中、歐、美規(guī)范不同環(huán)境類別混凝土最小保護(hù)層厚度 247
表8-9 中、歐、美規(guī)范不同環(huán)境類別混凝土中最大氯離子含量 249
表8-10 目標(biāo)失效概率與目標(biāo)可靠指標(biāo) 252
表9-1 一般大氣環(huán)境工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)宏觀影響因素 259
表9-2 一般大氣環(huán)境工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)細(xì)觀影響因素 260
表9-3 一般大氣環(huán)境工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)微觀影響因素 262
表9-4 實(shí)驗(yàn)室人工模擬一般大氣環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)輸入?yún)��?shù)和輸出參數(shù) 263
表9-5 加速碳化試驗(yàn)規(guī)范 264
表9-6 既有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)Ses,1與試驗(yàn)系統(tǒng)Sex,1碳化系數(shù)及其相似率統(tǒng)計(jì)結(jié)果 270
表9-7 既有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)Ses,1與試驗(yàn)系統(tǒng)Sex,1碳化系數(shù)及其相似率K-S檢驗(yàn) 270
表9-8 既有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)Ses,1與試驗(yàn)系統(tǒng)Sex,1碳化系數(shù)線性回歸結(jié)果 271
表9-9 試驗(yàn)系統(tǒng)Sex碳化系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果與K-S檢驗(yàn) 271
表9-10 METS(Ses,1;)路徑的統(tǒng)計(jì)參數(shù) 272
表9-11 擬建結(jié)構(gòu)系統(tǒng)Sns碳化系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果與K-S檢驗(yàn) 273
表9-12 一般大氣環(huán)境下的擬建結(jié)構(gòu)系統(tǒng)Sns的統(tǒng)計(jì)參數(shù) 273
表9-13 METS路徑與擬建結(jié)構(gòu)系統(tǒng)Sns建成后的鋼筋脫鈍時(shí)間 275
表10-1 凍融環(huán)境工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)宏觀影響因素 281
表10-2 凍融環(huán)境工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)細(xì)觀影響因素 282
表10-3 凍融環(huán)境工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)微觀影響因素 283
表10-4 實(shí)驗(yàn)室人工模擬凍融環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)輸入?yún)��?shù)和輸出參數(shù) 285
表10-5 國內(nèi)外加速凍融試驗(yàn)規(guī)范 286
表10-6 各系統(tǒng)衰變常數(shù)及其相似率統(tǒng)計(jì)結(jié)果 293
表10-7 各系統(tǒng)衰變常數(shù)及其相似率K-S檢驗(yàn) 293
表10-8 各系統(tǒng)衰變常數(shù)線性回歸結(jié)果 294
表10-9 試驗(yàn)系統(tǒng)Sex衰變常數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果與K-S檢驗(yàn) 294
表10-10 各路徑的統(tǒng)計(jì)參數(shù) 295
表10-11 擬建結(jié)構(gòu)系統(tǒng)Sns衰變常數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果與K-S檢驗(yàn) 297
表10-12 凍融環(huán)境下的擬建結(jié)構(gòu)系統(tǒng)Sns建成后的統(tǒng)計(jì)參數(shù) 298
表10-13 各METS路徑與擬建結(jié)構(gòu)系統(tǒng)Sns建成后的凍融破壞時(shí)間 299
表11-1 海洋氯化物環(huán)境工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)宏觀影響因素 305
表11-2 海洋氯化物環(huán)境工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)細(xì)觀影響因素 306
表11-3 海洋氯化物環(huán)境工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)微觀影響因素 307
表11-4 實(shí)驗(yàn)室人工模擬海洋氯化物環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)輸入?yún)��?shù)和輸出參數(shù) 309
表11-5 國內(nèi)外加速氯離子輸運(yùn)試驗(yàn)規(guī)范 310
表11-6 各系統(tǒng)表面氯離子濃度及其相似率統(tǒng)計(jì)結(jié)果 323
表11-7 各系統(tǒng)擴(kuò)散系數(shù)及其相似率統(tǒng)計(jì)結(jié)果 323
表11-8 各系統(tǒng)表面氯離子濃度及其相似率K-S檢驗(yàn) 324
表11-9 各系統(tǒng)擴(kuò)散系數(shù)及其相似率K-S檢驗(yàn) 324
表11-10 各系統(tǒng)表面氯離子濃度線性回歸結(jié)果 326
表11-11 各系統(tǒng)擴(kuò)散系數(shù)線性回歸結(jié)果 326
表11-12 試驗(yàn)系統(tǒng)(Sex, )表面氯離子濃度統(tǒng)計(jì)結(jié)果與K-S檢驗(yàn) 327
表11-13 各試驗(yàn)系統(tǒng)擴(kuò)散系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果與K-S檢驗(yàn) 327
表11-14 各路徑的統(tǒng)計(jì)參數(shù) 328
表11-15 擬建結(jié)構(gòu)系統(tǒng)Sns表面氯離子濃度及擴(kuò)散系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果 333
表11-16 擬建結(jié)構(gòu)系統(tǒng)Sns表面氯離子濃度及擴(kuò)散系數(shù)K-S檢驗(yàn) 333
表11-17 各路徑與建成后擬建結(jié)構(gòu)系統(tǒng)Sns的鋼筋脫鈍時(shí)間 334
圖目錄
圖1-1 我國各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)指數(shù) 4
圖1-2 我國鋼材、水泥的年產(chǎn)量 5
圖1-3 民用建筑混凝土板碳化及鋼筋銹蝕 5
圖1-4 工業(yè)建筑混凝土支撐鋼筋銹蝕 5
圖1-5 鐵路橋梁鋼筋銹蝕 6
圖1-6 鐵路隧道滲漏 6
圖1-7 公路橋梁鋼筋銹蝕混凝土剝落 6
圖1-8 公路橋梁混凝土柱鹽結(jié)晶腐蝕 6
圖1-9 港口碼頭混凝土樁鋼筋銹蝕 6
圖1-10 港口碼頭混凝土柱凍融破壞 6
圖1-11 大壩混凝土凍融破壞 7
圖1-12 水閘胸墻鋼筋銹蝕混凝土保護(hù)層脫落 7
圖1-13 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性破壞的工程實(shí)例 8
圖1-14 美國Treat Island現(xiàn)場暴露試驗(yàn)站 14
圖1-15 青島海洋腐蝕研究所現(xiàn)場暴露試驗(yàn)站 14
圖1-16 杭州灣跨海大橋現(xiàn)場暴露試驗(yàn)站 14
圖1-17 浙江大學(xué)人工氣候模擬實(shí)驗(yàn)室 17
圖2-1 第三相似定理單值條件示意圖 29
圖3-1 信息的相對(duì)性 36
圖3-2 觀察者的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 37
圖4-1 結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài) 43
圖4-2 正態(tài)功能函數(shù)概率分布密度曲線 45
圖4-3 結(jié)構(gòu)抗力和荷載效應(yīng)隨時(shí)間變化的過程 46
圖4-4 兩個(gè)正態(tài)隨機(jī)變量的極限狀態(tài)方程和設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn) 48
圖4-5 響應(yīng)面示意圖 51
圖4-6 V空間的復(fù)合蒙特卡羅法 54
圖4-7 二元模糊集的模糊熵曲面 59
圖4-8 語法空間與語義空間 60
圖4-9 時(shí)間軸上的串聯(lián)系統(tǒng) 60
圖5-1 對(duì)流區(qū)示意圖 74
圖5-2 氯離子侵蝕機(jī)理示意圖 75
圖5-3 溶液中化學(xué)物質(zhì)的等濃度面 75
圖5-4 RCM設(shè)備 79
圖5-5 鋼筋初銹風(fēng)險(xiǎn)圖 87
圖6-1 METS理論原理圖 95
圖6-2 METS在沿海混凝土結(jié)構(gòu)耐久性壽命預(yù)測中的應(yīng)用 99
圖6-3 AUTOCLAM自動(dòng)滲透測試儀 102
圖6-4 混凝土中鋼筋銹蝕的檢測流程 104
圖6-5 人工氣候加速模擬實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)示意圖 107
圖6-6 現(xiàn)場暴露試驗(yàn)設(shè)計(jì)流程 109
圖6-7 現(xiàn)場碳化深度檢測 117
圖6-8 RCT檢測過程 118
圖6-9 大氣區(qū)氯離子含量分布圖 119
圖6-10 浪濺區(qū)氯離子含量分布圖 120
圖6-11 潮差區(qū)氯離子含量分布圖 121
圖6-12 干濕交替區(qū)域取樣點(diǎn)隨高程的分布示意圖 122
圖6-13 干濕交替區(qū)域的氯離子侵蝕曲線 124
圖6-14 杭州灣跨海大橋現(xiàn)場暴露試驗(yàn)站立面圖 127
圖6-15 大氣區(qū)混凝土試件的氯離子侵蝕曲線 132
圖6-16 大氣區(qū)跨海大橋各部位檢測的氯離子侵蝕曲線 132
圖6-17 干濕交替區(qū)域跨海大橋各部位檢測的氯離子侵蝕曲線 133
圖6-18 現(xiàn)場暴露試驗(yàn)站干濕交替區(qū)域檢測的氯離子侵蝕曲線 133
圖6-19 現(xiàn)場暴露試驗(yàn)水下區(qū)試件檢測的氯離子侵蝕曲線 134
圖6-20 水下區(qū)試驗(yàn) 136
圖6-21 水下區(qū)室內(nèi)加速試驗(yàn)溫度變化圖 136
圖6-22 潮差區(qū)試驗(yàn) 136
圖6-23 潮差區(qū)室內(nèi)加速試驗(yàn)溫度變化圖 136
圖6-24 浪濺區(qū)試驗(yàn) 137
圖6-25 浪濺區(qū)室內(nèi)加速試驗(yàn)溫度變化圖 137
圖6-26 浪濺區(qū)室內(nèi)加速試驗(yàn)相對(duì)濕度變化圖 138
圖6-27 大氣區(qū)試驗(yàn) 139
圖6-28 乍浦港混凝土試件室內(nèi)加速試驗(yàn)的氯離子侵蝕曲線 142
圖6-29 杭州灣混凝土試件室內(nèi)加速試驗(yàn)的氯離子侵蝕曲線 146
圖6-30 S12試件擴(kuò)散系數(shù)與加速試驗(yàn)時(shí)間關(guān)系圖 156
圖6-31 碼頭不同高程普通混凝土表層的氯離子侵蝕曲線 164
圖6-32 碼頭對(duì)流區(qū)深度隨高程的變化曲線(普通混凝土) 164
圖6-33 現(xiàn)場浪濺區(qū)混凝土表層的氯離子侵蝕曲線 165
圖6-34 浪濺區(qū)現(xiàn)場暴露試驗(yàn)不同組成混凝土的對(duì)流區(qū)深度 166
圖6-35 現(xiàn)場浪濺區(qū)雙摻混凝土表層的氯離子侵蝕曲線 167
圖6-36 QHLA0-S(x)試件的Boltzmann擬合曲線 170
圖6-37 QHLA0-S(x)試件表面氯離子濃度擬合曲線 172
圖6-38 水下區(qū)ZPSC試件室內(nèi)加速氯離子侵蝕數(shù)值模擬結(jié)果 175
圖6-39 水下區(qū)ZPSC試件對(duì)應(yīng)現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境中氯離子侵蝕數(shù)值模擬結(jié)果 176
圖6-40 潮差區(qū)CPCA試件室內(nèi)加速氯離子侵蝕數(shù)值模擬結(jié)果 177
圖6-41 潮差區(qū)CPCA試件對(duì)應(yīng)現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境中氯離子侵蝕數(shù)值模擬結(jié)果 178
圖6-42 浪濺區(qū)QPLA-S試件室內(nèi)加速氯離子侵蝕數(shù)值模擬結(jié)果 179
圖6-43 浪濺區(qū)QPLA-S試件對(duì)應(yīng)現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境中氯離子侵蝕數(shù)值模擬結(jié)果 180
圖7-1 寧波港某碼頭腐蝕現(xiàn)狀 190
圖7-2 杭州灣跨海大橋?qū)嵕皥D 190
圖7-3 COMSOL Multiphysics應(yīng)用模塊界面圖 196
圖7-4 海上樁基氯離子侵蝕數(shù)值模擬圖 199
圖7-5 海上承臺(tái)氯離子侵蝕數(shù)值模擬圖 200
圖7-6 濕接頭氯離子侵蝕數(shù)值模擬圖 202
圖7-7 預(yù)制墩身氯離子侵蝕數(shù)值模擬圖 203
圖7-8 現(xiàn)澆墩身氯離子侵蝕數(shù)值模擬圖 204
圖7-9 陸上承臺(tái)氯離子侵蝕數(shù)值模擬圖 205
圖7-10 箱梁氯離子侵蝕數(shù)值模擬圖 207
圖7-11 杭州灣跨海大橋混凝土結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件各種壽命預(yù)測結(jié)果比較 210
圖8-1 METS理論 215
圖8-2 METS(Ses,1;Ea,1)路徑 216
圖8-3 METS(Ses,i;Ea, j)路徑 217
圖8-4 METS(Ses,1～i;Ea, j)路徑 217
圖8-5 METS(Ses,i;Ea,1～j)路徑 219
圖8-6 METS(Ses,1～i;Ea, 1～j)路徑 219
圖8-7 METS路徑樹 220
圖8-8 宏觀尺度模型 222
圖8-9 細(xì)觀尺度模型 222
圖8-10 微觀尺度模型 222
圖8-11 細(xì)觀尺度下的房屋建筑結(jié)構(gòu)示意圖 225
圖8-12 細(xì)觀尺度下的橋梁結(jié)構(gòu)示意圖 226
圖8-13 細(xì)觀尺度下的隧道結(jié)構(gòu)示意圖 227
圖8-14 細(xì)觀尺度下的港工結(jié)構(gòu)示意圖 228
圖8-15 細(xì)觀尺度下的水工結(jié)構(gòu)示意圖 229
圖8-16 細(xì)觀尺度下的水工結(jié)構(gòu)剖面示意圖 230
圖8-17 微觀尺度下的工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 231
圖8-18 試驗(yàn)系統(tǒng)的基本架構(gòu) 232
圖8-19 加速耐久性試驗(yàn) 233
圖8-20 效用度函數(shù) 236
圖8-21 設(shè)計(jì)規(guī)范系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng) 237
圖8-22 中、歐、美規(guī)范不同環(huán)境混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)對(duì)比圖 242
圖8-23 中、歐、美規(guī)范不同環(huán)境混凝土最大水膠比對(duì)比圖 244
圖8-24 中、歐規(guī)范不同環(huán)境混凝土最小膠凝材料用量對(duì)比圖 246
圖8-25 中、歐、美規(guī)范不同環(huán)境混凝土最小保護(hù)層厚度對(duì)比圖 248
圖8-26 中、歐、美規(guī)范不同環(huán)境混凝土最大氯離子含量對(duì)比圖 249
圖8-27 設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)結(jié)構(gòu)的失效概率 252
圖8-28 RI-METS理論原理圖 253
圖9-1 一般大氣環(huán)境下觀察者觀察系統(tǒng)的宏觀尺度模型 260
圖9-2 一般大氣環(huán)境下觀察者觀察系統(tǒng)的細(xì)觀尺度模型 261
圖9-3 一般大氣環(huán)境下觀察者觀察系統(tǒng)的微觀尺度模型 262
圖9-4 實(shí)驗(yàn)室人工模擬一般大氣環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)基本架構(gòu) 264
圖9-5 一般大氣環(huán)境METS(Ses,i;)路徑 266
圖9-6 功能函數(shù)隸屬函數(shù)曲線 268
圖9-7 METS(Ses,1;)路徑 269
圖9-8 既有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)Ses,1與試驗(yàn)系統(tǒng)Sex,1碳化系數(shù)對(duì)比圖 270
圖9-9 既有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)Ses,1與試驗(yàn)系統(tǒng)Sex,1碳化系數(shù)的線性回歸 271
圖9-10 METS(Ses,1;)路徑的可靠概率和失效概率 272
圖9-11 METS(Ses,1;)路徑的相對(duì)信息熵 273
圖9-12 擬建結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠概率和失效概率 274
圖9-13 擬建結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的相對(duì)信息熵 274
圖9-14 觀察者效應(yīng)系數(shù)與相對(duì)信息 275
圖9-15 METS(Ses,1;)路徑效用度 276
圖10-1 凍融環(huán)境下觀察者觀察系統(tǒng)的宏觀尺度模型 282
圖10-2 凍融環(huán)境下觀察者觀察系統(tǒng)的細(xì)觀尺度模型 283
圖10-3 凍融環(huán)境RI-METS理論微觀三要素模型 284
圖10-4 實(shí)驗(yàn)室人工模擬凍融環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)基本架構(gòu) 285
圖10-5 凍融環(huán)境METS(Ses,1～i;)路徑 288
圖10-6 功能函數(shù)隸屬函數(shù)曲線 289
圖10-7 METS(Ses,1;)路徑 291
圖10-8 METS(Ses,2;)路徑 291
圖10-9 METS(Ses,1～2;)路徑 292
圖10-10 各系統(tǒng)衰變常數(shù)對(duì)比圖 292
圖10-11 各系統(tǒng)衰變常數(shù)的線性回歸 294
圖10-12 各路徑可靠概率、失效概率、“可靠”可能性和“失效”可能性 296
圖10-13 各路徑的語法信息熵和語義信息熵 297
圖10-14 Sns的可靠概率、失效概率、“可靠”可能性和“失效”可能性 298
圖10-15 Sns的語法信息熵和語義信息熵 298
圖10-16 各METS路徑與擬建結(jié)構(gòu)系統(tǒng)Sns的閔氏空間距離平方 299
圖10-17 各METS路徑的觀察者效應(yīng)系數(shù)與內(nèi)部相對(duì)信息 300
圖10-18 METS1～METS3各路徑效用度 301
圖10-19 METS4～METS7各路徑效用度 302
圖11-1 海洋氯化物環(huán)境下觀察者觀察系統(tǒng)的宏觀尺度模型 306
圖11-2 海洋氯化物環(huán)境下觀察者觀察系統(tǒng)的細(xì)觀尺度模型 307
圖11-3 海洋氯化物環(huán)境下觀察者觀察系統(tǒng)的微觀尺度模型 308
圖11-4 實(shí)驗(yàn)室人工模擬海洋氯化物環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)基本架構(gòu) 309
圖11-5 海洋氯化物環(huán)境METS(Ses,1～i;)路徑 314
圖11-6 功能函數(shù)隸屬函數(shù)曲線 315
圖11-7 試驗(yàn)系統(tǒng)(Sex, )溫度曲線 317
圖11-8 METS(Ses,1;)路徑 318
圖11-9 METS(Ses,2;)路徑 318
圖11-10 METS(Ses,1;)路徑 318
圖11-11 METS(Ses,2;)路徑 318
圖11-12 METS(Ses,1～2;)路徑 319
圖11-13 METS(Ses,1～2;)路徑 319
圖11-14 METS(Ses,1;)路徑 320
圖11-15 METS(Ses,2;)路徑 320
圖11-16 METS(Ses,1～2;)路徑 320
圖11-17 各系統(tǒng)表面氯離子濃度對(duì)比圖 321
圖11-18 各系統(tǒng)擴(kuò)散系數(shù)對(duì)比圖 322
圖11-19 各系統(tǒng)表面氯離子濃度線性回歸圖 325
圖11-20 各系統(tǒng)擴(kuò)散系數(shù)線性回歸圖 326
圖11-21 各METS路徑的可靠概率與失效概率 331
圖11-22 各METS路徑相對(duì)信息熵 332
圖11-23 擬建結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠概率與失效概率 333
圖11-24 擬建結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的相對(duì)信息熵 333
圖11-25 各METS路徑觀察者效應(yīng)系數(shù)與相對(duì)信息 335
圖11-26 METS1～METS4各路徑效用度 336
圖11-27 METS5～METS9各路徑效用度 336