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城市公路隧道衬砌结构的碳化寿命预测及耐久性研究
| 论文题名： | 城市公路隧道衬砌结构的碳化寿命预测及耐久性研究 |
| 关键词： | 衬砌结构;寿命预测;数值分析;公路隧道 |
| 摘要： | 随着城镇化建设的深入推进，我国城市人口急剧膨胀，城市交通建设面临着用地紧张的困境，因此发展隧道工程成为缓解城市交通拥堵的重要举措。城市公路隧道封闭的空间使得内部的 CO2浓度较高，衬砌结构长期受到碳化侵蚀作用，最终钢筋发生氧化锈蚀，衬砌结构不再满足正常使用或承载能力的要求而发生耐久性失效破坏。碳化作用是衬砌结构整体性能退化的先决条件，分析衬砌结构的碳化过程及其影响因素，对于改进衬砌结构的耐久性设计方法、完善衬砌结构的寿命预测模型都有着重大的现实意义。 本文以南山路城市公路隧道为工程背景，对衬砌结构在碳化侵蚀环境下进行耐久性研究，其主要的研究内容包括： （1）根据南山路隧道工程的使用环境特点，介绍在碳化侵蚀作用下衬砌结构的性能退化机理，设计混凝土快速碳化试验。分析衬砌结构碳化侵蚀过程的主要影响因素以及影响因素的概率分布特性，运用多因素正交敏感性分析方法对衬砌结构碳化侵蚀作用的影响因素进行敏感程度分析。 （2）通过室内快速碳化试验研究 CO2在混凝土中的扩散规律以及混凝土的碳化反应速率，分析 CO2浓度的分布特征，建立人工模拟环境下衬砌结构碳化侵蚀的时变可靠度模型。 （3）分析试块碳化深度的随机性，基于 Fick扩散定律研究衬砌结构的耐久寿命影响因素的概率分布特征，建立钢筋初始锈蚀时间（结构的破坏标准）的概率分布特征，得到衬砌结构基于可靠度准则下的碳化寿命预测模型，并利用背景工程进行验证。 （4）基于混凝土碳化控制方程和热传导方程的基础理论，分析碳化作用与热传导两者间的相似性。通过对 CO2扩散系数和碳化反应速率重新定义，运用ANSYS有限元软件的热力学模块对衬砌结构碳化侵蚀作用进行有限元数值仿真，最后根据碳化试验数据对衬砌结构的碳化寿命预测模型进行修正。 |
| 作者： | 刘伟 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 李忠 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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