第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 混凝土耐久性能研究进展 2
1.2.1 冻融循环后混凝土性能的试验研究 2
1.2.2 海水侵蚀循环后混凝土性能的试验研究 5
1.2.3 冻融、海水侵蚀复合作用下的混凝土破坏研究 7
1.3 桥梁冰荷载研究进展 7
1.4 研究内容和创新点 8
第2章 混凝土冻融、侵蚀及力学性能试验 10
2.1 试验设计 10
2.1.1 试验参数 10
2.1.2 试验内容及要求 11
2.1.3 试件制作及养护 11
2.2 试验设备 12
2.2.1 直读式混凝土含气量测定仪 12
2.2.2 混凝土快速冻融试验设备 12
2.2.3 大型混凝土静、动三轴电液伺服试验机 13
2.3 试验流程 14
2.3.1 冻融试验 14
2.3.2 人工海水配制 14
2.3.3 海水侵蚀试验 15
2.3.4 海水冻融与侵蚀试验 16
2.3.5 加载试验 16
2.4 本章小结 17
第3章 混凝土冻融损伤破坏准则 18
3.1 冻融循环试验结果 18
3.1.1 试验现象 18
3.1.2 冻融循环作用后混凝土质量损失 18
3.2 基于损伤理论的混凝土单轴压本构模型 19
3.2.1 冻融0次混凝土试块单轴应力—应变曲线 20
3.2.2 冻融50次混凝土试块单轴应力—应变曲线 21
3.2.3 冻融100次混凝土试块单轴应力—应变曲线 22
3.2.4 冻融200次混凝土试块单轴应力—应变曲线 22
3.2.5 冻融300次混凝土试块单轴应力—应变曲线 23
3.2.6 混凝土试块单轴应力—应变曲线特征值分析 23
3.3 混凝土抗拉强度计算 25
3.4 混凝土双轴破坏准则与本构关系 27
3.4.1 Kupfer-Gerstle强度准则 27
3.4.2 双拉区强度准则 28
3.4.3 双轴压试验结果及分析 30
3.4.4 同时考虑应力比及冻融次数影响的双轴压破坏准则 32
3.4.5 拉压区强度准则 36
3.4.6 混凝土冻融损伤双轴强度准则 37
3.5 混凝土三轴破坏准则与本构关系 37
3.5.1 各向同性连续损伤力学 37
3.5.2 混凝土强度准则 38
3.5.3 Ottosen四参数混凝土强度准则 39
3.6 混凝土冻融损伤破坏准则 39
3.6.1 混凝土冻融损伤变量 39
3.6.2 混凝土冻融损伤的演化方程 40
3.6.3 混凝土冻融损伤破坏准则 41
3.7 混凝土力学性能退化规律 42
3.7.1 混凝土在单调、短期荷载加载作用下的变形 42
3.7.2 混凝土弹性模量计算 44
3.7.3 混凝土冻融损伤Ottosen强度模型 45
3.8 本章小结 47
第4章 混凝土干湿循环后的破坏准则 48
4.1 混凝土由于化学反应造成的劣化 48
4.2 试验现象 49
4.3 海水侵蚀后混凝土单轴压损伤模型 50
4.4 海水侵蚀后混凝土单轴抗拉损伤模型 51
4.5 海水侵蚀后的混凝土双轴破坏准则 53
4.5.1 双轴压试验结果及分析 53
4.5.2 同时考虑应力比及干湿循环次数影响的双轴压破坏准则 53
4.5.3 拉压区强度准则 54
4.5.4 混凝土干湿损伤双轴强度准则 54
4.6 混凝土三轴干湿损伤Ottosen强度模型 55
4.6.1 混凝土弹性模量计算 55
4.6.2 模型参数确定 56
4.6.3 拉压子午线确定 56
4.7 本章小结 57
第5章 海水冻融与侵蚀耦合作用下的混凝土破坏准则 58
5.1 试验现象 58
5.2 试件破坏形态 58
5.2.1 抗压破坏形态 58
5.2.2 劈拉破坏形态 58
5.3 海水冻融与侵蚀耦合作用下的混凝土抗压强度退化模型 59
5.4 海水冻融与侵蚀耦合作用下的混凝土抗拉强度退化模型 63
5.5 混凝土冻融与侵蚀耦合损伤双轴强度准则 64
5.6 混凝土冻融与侵蚀耦合损伤0ttosen强度准则 64
5.7 本章小结 66
第6章 混凝土损伤劣化的室内和室外关联模型 67
6.1 胶州湾海域自然环境 67
6.1.1 胶州湾海域气温统计资料 67
6.1.2 海水水样参数检测 68
6.2 浸烘循环加速系数计算 72
6.2.1 考虑温度的加速系数 72
6.2.2 考虑腐蚀溶液浓度的加速系数 73
6.3 现场环境下混凝土冻融耐久性预测评估 74
6.4 本章小结 75
第7章 桥墩冰荷载作用分析 76
7.1 概述 76
7.1.1 工程概况 76
7.1.2 大桥海区的地理环境 76
7.2 胶州湾冰的基本特征 77
7.2.1 冰期 77
7.2.2 冰的类别及范围 78
7.2.3 胶州湾海冰及其危害 78
7.2.4 流冰 80
7.2.5 2005年1月冰情 80
7.3 海水结冰条件 80
7.3.1 海水结冰理论 80
7.3.2 影响海水温度的因素 82
7.3.3 影响海冰形成和发展的因素 82
7.4 海冰的设计厚度 83
7.4.1 不同重现期设计冰厚的推算 84
7.4.2 设计冰厚推算的合理性分析 84
7.5 冰的物理性质及力学参数 85
7.5.1 物理性质 85
7.5.2 海冰力学参数 85
7.6 有关冰荷载的设计计算 86
7.6.1 青岛海湾大桥工程海区冰作用力的特点 86
7.6.2 我国有关规范中冰荷载的计算方法 86
7.6.3 国外有关冰荷载的计算方法 87
7.6.4 大尺度结构物各种规范规程计算公式 89
7.6.5 对本工程中冰荷载计算方法的建议 90
7.7 宽幅承台冰荷载研究 90
7.7.1 碰撞过程中的冰面力学效应描述 91
7.7.2 冰面初始移动速度对荷载的影响 93
7.7.3 冰厚及承台宽度对冰荷载的影响 94
7.7.4 冰的强度对冰荷载的影响 97
7.7.5 宽幅承台冰荷载模型 99
7.7.6 冰荷载模型与国内外规范比较 101
7.8 青岛海湾大桥冰荷载计算 102
7.9 本章小结 103
第8章 波浪模型试验 104
8.1 数值计算研究的条件和内容 104
8.1.1 计算水位 104
8.1.2 计算波浪和水流要素及水深参数 104
8.2 承台波浪力模型试验 106
8.2.1 试验模型 107
8.2.2 水位 108
8.2.3 波浪要素 109
8.2.4 试验内容及要求 110
8.2.5 模型设计及试验方法 110
8.2.6 试验设备及量测仪器 112
8.2.7 承台波浪力数据整理 113
8.2.8 冲击压强与承台相对净空的关系 116
8.2.9 冲击压强模型 117
8.3 青岛海湾大桥索塔和桥墩承台的波浪作用力 120
8.4 青岛海湾大桥索塔和桥墩桩的作用力 121
第9章 非通航孔桥墩耐久性评估 128
9.1 桥梁结构的功能要求 128
9.2 桥梁简介 128
9.3 基于确定性分析的桥墩正常使用极限状态评估 129
9.3.1 自重和活载作用下的支座反力 129
9.3.2 正常使用阶段的荷载组合 129
9.3.3 桥墩自重＋支座反力＋波浪荷载组合效应 129
9.3.4 桥墩自重＋支座反力＋冰荷载组合效应 130
9.3.5 基于单轴强度的结构耐久性评估 130
9.3.6 基于三轴强度的结构耐久性评估 134
9.3.7 非通航孔桥墩静力评估小结 136
9.4 基于可靠度理论的桥墩正常使用极限状态评估 137
9.4.1 结构可靠度分析的响应面法 138
9.4.2 桥梁正常使用阶段可靠指标研究 140
9.4.3 非通航孔桥墩可靠度分析 141
9.4.4 非通航孔桥墩正常使用极限状态可靠度评估小结 142
9.5 桥墩极限承载能力退化评估 143
9.5.1 钢筋混凝土结构劣化模型 143
9.5.2 氯离子扩散模型 145
9.5.3 结构可靠性分析的一次二阶矩法 148
9.5.4 桥墩极限承载能力退化评估 149
9.6 本章小结 152
第10章 大沽河航道桥模型简介 153
10.1 工程概况 153
10.1.1 大沽河航道桥主要设计技术标准 153
10.1.2 主要材料 155
10.2 有限元模型简介 155
10.3 本章小结 161
第11章 大沽河航道桥合理成桥状态确定 162
11.1 空间主缆成桥线形分析方法 162
11.1.1 主缆的变形协调方程和平衡方程 162
11.1.2 索形求解的迭代方法——梯度法 165
11.1.3 索形求解的迭代方法——牛顿拉普森法 167
11.2 程序简介 168
11.3 大沽河航道桥主缆恒载线形计算 168
11.4 大沽河航道桥合理成桥状态确定 170
11.5 本章小结 173
第12章 大沽河桥索塔和桥墩耐久性评估 174
12.1 索塔耐久性评估 174
12.1.1 索塔内力分析 174
12.1.2 基于单轴强度的结构耐久性评估 179
12.1.3 基于三轴强度的结构耐久性评估 180
12.1.4 大沽河索塔静力评估小结 184
12.1.5 基于可靠度理论的索塔正常使用极限状态评估 184
12.1.6 索塔极限承载能力退化评估 185
12.2 辅助墩耐久性评估 187
12.2.1 辅助墩应力分析 187
12.2.2 基于单轴强度的结构耐久性评估 190
12.2.3 基于三轴强度的结构耐久性评估 190
12.2.4 基于可靠度理论的辅助墩正常使用极限状态评估 191
12.3 本章小结 192
第13章 结论 193
13.1 理论和方法上的进步 193
13.2 进一步研究建议 193
参考文献 194