[01668302]往复荷载作用下PHC管桩的海水腐蚀机理与水平承载性状研究

海洋环境中氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀将导致PHC管桩桩身结构强度的不断劣化,以及水平荷载作用下桩基长期抗力的不断衰减。本项目对海洋环境下PHC管桩中氯离子扩散规律、桩身结构损伤劣化规律和锈蚀损伤PHC管桩的水平承载性状及其力学性能进行了试验研究和理论分析,建立了海水腐蚀条件下PHC管桩中氯离子扩散模型及氯离子侵蚀PHC管桩的寿命预测理论模型,研究了裂缝、氯离子结合能力以及温度等对海洋环境下PHC管桩中氯离子扩散性能及耐久寿命的影响。研究结果表明,随着裂缝宽度的不断增大,相同暴露时间条件下钢筋表面的氯离子浓度增加越快,PHC管桩的耐久寿命急剧减小。氯离子结合的增大延长了PHC管桩的耐久寿命。环境温度越高,管桩中相同深度处的自由氯离子浓度越大,PHC管桩的耐久寿命严重减小。通过引入桩身刚度折减系数,揭示了海水腐蚀条件下PHC管桩桩身刚度的衰减规律,提出了海洋环境下PHC管桩水平承载力与侧向长期变形分析计算理论,分析研究了海洋环境下锈蚀损伤PHC管桩水平承载性状的时变特性。研究结果显示,海洋环境条件下服役的PHC管桩的水平承载性状具有明显的时变特性。随着暴露时间的延长,桩身抗弯刚度呈非线性衰减,桩顶水平位移和桩身负剪力最大值逐渐增大,桩身弯矩逐渐减小。基于氯离子侵蚀PHC管桩寿命预测理论模型,提出了基于概率极限状态的PHC管桩耐久寿命时变可靠度分析方法。分析结果表明,钢筋初始锈蚀阶段的失效概率随表面氯离子浓度的增大而逐渐增大,随临界氯离子浓度、氯离子表观扩散系数、龄期系数和管桩保护层厚度的增大而逐渐减小。随着钢筋锈蚀速率、弹性模量和体积膨胀率的增大,锈胀裂缝产生阶段的失效概率逐渐增大。而随着抗拉强度和保护层厚度的增大,锈胀裂缝产生阶段失效概率逐渐减小。