广西交通运输行业指南Word文件下载.docx
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但上述设计方法将混凝土强度、水灰比、水泥用量、氯离子扩散系数等材料参数同时选为耐久性设计参数,不仅参数设置重复,导致参数的取值相互干扰,而且各参数的功用目标也没有明显的区别,不能明确反映混凝土材料性能随时间衰减的特性。
同时,现行混凝土结构耐久性设计方法缺乏高效准确的耐久性定量分析模型,因此难以定量分析结构几何参数、环境作用等级、材料性能等因素对结构服役寿命的影响,并据此确定结构的耐久性设计参数。
因此,如何科学、合理地开展海洋混凝土结构的耐久性分析与设计,从而保证海港工程混凝土结构达到预定服役寿命,对于保证人民的生命财产安全、实现社会经济的可持续稳定发展具有重要意义。
本指南针对广西北部湾海洋氯化物环境作用的特点,结合课题组在海港工程混凝土结构的环境作用量化模型、耐久性定量分析模型、耐久性定量设计技术等方面的研究成果,制定《海港工程混凝土结构耐久性设计指南》,从而使海港工程混凝土结构能够在规定的腐蚀环境条件下达到预定的服役寿命,从而有效解决当前制约海港工程混凝土结构耐久性设计的关键瓶颈问题。
主要解决方法包括:
1、建立了海港工程混凝土结构的环境作用等级划分及量化方法。
根据海洋氯化物环境对混凝土结构的腐蚀严重程度,参考JTJ275-2000、JTS257-2-2012和JTS153-2015,按照设计水位或天文潮位将海洋氯化物环境划分为水下区(含土中区)、水位变动区、浪溅区和大气区;
进而分别揭示了海洋大气区、潮汐区、浪溅区、水下区等环境条件下混凝土中氯离子的传输机理和积聚规律,建立了混凝土表面氯离子浓度的多因素计算模型,进而以混凝土表面氯离子浓度作为控制参数,提出了海港工程混凝土结构的环境作用量化方法。
2、分别建立了矩形、圆形和钝角截面海港工程混凝土结构的耐久性定量分析模型。
基于氯离子扩散的补偿理论,建立了海港工程混凝土结构中氯离子扩散场的计算长度解析公式和控制区模型;
考虑结构几何外形对腐蚀性离子扩散维数的影响,据此获得氯离子在混凝土中的分布范围和规律;
在此基础上,考虑到不同截面形式混凝土中的氯离子扩散过程和浓度分布规律的差异性,分别建立了矩形、圆形和钝角截面混凝土结构的耐久性定量分析模型,从而为大型复杂海港工程混凝土结构的耐久性定量设计提供了关键技术途径。
3、分别建立了矩形、圆形和钝角截面海港工程混凝土结构的耐久性定量设计技术。
利用氯离子扩散系数综合表征混凝土的材料性能,避免传统混凝土结构耐久性设计参数体系中材料参数的重叠设置和相互干扰;
利用龄期衰减系数考虑混凝土渗透能力系数的依时衰变特性。
同时,利用耐久性控制区反映结构几何外形对氯离子渗透和扩散规律的影响,据此定量分析海港工程混凝土中腐蚀性物质的时变扩散和浓度分布规律,在此基础上分别建立了矩形、圆形和钝角截面海港工程混凝土结构的耐久性定量设计技术。
本指南的制定紧紧围绕广西地区实际,并具有在广西大规模推广应用的价值,能够在保证混凝土结构满足预定的设计使用年限的前提下,优化不同控制区的耐久性设计参数,使混凝土结构满足规定的耐久性要求,从而减少初期建造成本和后期运营的维护加固费用,与当前国内外同类技术相比具有显著的创新性、优越性和经济性,具有较强的市场竞争力。
本指南适用于广西境内海洋氯化物环境下新建、改建和扩建的海港工程混凝土结构的耐久性分析与设计,具有广阔的工程应用前景。
二、工作简况
1、任务来源
广西交通运输行业指南《海港工程混凝土结构耐久性设计指南》项目由广西壮族自治区交通运输厅提出,并列入广西壮族自治区交通运输厅2016年度标准化和科技购买服务项目计划(桂交科教函〔2016〕249号),由广西大学和广西交通规划勘察设计研究院有限公司共同起草。
2、起草单位和起草人
本指南负责起草单位:
广西大学、广西交通规划勘察设计研究院有限公司。
本指南主要起草人:
余波、杨绿峰、吴信、陈正、陆宏健、朱卫国、蔡荣、陈旺、陆峰、赵奇志、王大伟、易振友、卢玲。
3、主要工作过程及工作内容
(1)组织分工
广西交通运输行业指南《海港工程混凝土结构耐久性设计指南》项目任务下达后,主要起草单位制定了编制工作方案,由广西大学和广西交通规划勘察设计研究院有限公司的专家和技术专业人员参加,成立了编制工作小组,召开了项目编制策划会议并就指南研制任务分工、进度安排进行了明确。
(2)资料收集、调查研究分析
编制人员根据任务分工进行了资料收集和调查研究分析工作,一是收集国内外相关的技术标准,了解当前国内外混凝土结构耐久性设计的技术特点和存在的缺陷;
二是深入工程现场,通过对广西北部湾海港码头混凝土结构的耐久性情况调研,对广西北部湾海港码头混凝土结构存在的病害及现场施工应用经验进行了总结;
三是分析广西北部湾海洋大气区、潮汐区、浪溅区、水下区等环境条件下混凝土中氯离子的传输机理和积聚规律,建立海港工程混凝土结构腐蚀性海洋氯化物环境作用的量化取值,分别建立了矩形、圆形和钝角截面海港工程混凝土结构的耐久性定量分析模型,提出了矩形、圆形和钝角截面海港工程混凝土结构的耐久性定量设计技术,从而为海港工程混凝土结构的耐久性分析与设计提供了科学依据。
(3)指南编写及研讨
为了确保指南的调研、编制工作有序开展,项目组根据前期策划会确定的主要内容,组织相关人员编制了工作大纲及编制大纲并于2016年7月3日召开了大纲评审会。
按照评审专家意见,修改完善的大纲作为项目的工作指导,编制组着手开展了相关调研、试验及资料收集工作并逐步编写形成了工作组讨论稿。
在编制过程中,编制组多次与中交第四航务工程勘察设计院有限公司进行交流、研讨耐久性设计参数及其限值方面的具体条文,以及耐久性定量设计在海港码头、核电站等工程中的应用问题;
同时还邀请浙江大学、中交四航工程研究院有限公司等单位专家来编制组进行交流,就混凝土结构耐久性定量设计方法和技术等方面的问题进行了深入研讨。
2016年12月8日,项目组组织和召开了工作组讨论会,对工作组讨论稿主要技术内容进行了讨论,经过一年多的编制工作,目前修改形成了征求意见初稿。
三、指南编制原则和主要内容
1、指南的编制原则
本指南的编制遵循国家设计与施工相关标准、行业设计与施工相关标准。
在充分调研的基础上,研究和分析了当前国内外混凝土结构耐久性设计的技术特点和存在缺陷,对广西北部湾海港码头混凝土结构存在的病害及现场施工应用经验进行了总结,建立了海港工程混凝土结构腐蚀性海洋氯化物环境作用的量化取值,分别建立了矩形、圆形和钝角截面海港工程混凝土结构的耐久性定量分析模型,提出了矩形、圆形和钝角截面海港工程混凝土结构的耐久性定量设计技术,同时考虑广西交通运输行业的发展需求,将海港工程混凝土结构耐久性设计的具体技术要求进行有针对性的增加、取舍、综合、分类,以确保编制的指南能够保障规范并引导行业设计、施工等单位做好海港工程混凝土结构耐久性定量设计工作的需要。
经过起草工作组成员讨论,确定指南编制遵循以下基本原则:
(1)科学性原则
分析了国内标准体系的现状和特点,结合国内外混凝土结构耐久性设计的应用现状,尤其是广西境内已有的和在建的海港工程混凝土结构的工程现状,对已发布的相关改扩建标准、规范进行了梳理、归纳和分类,建立了科学、实用、合理的广西地区海港工程混凝土结构耐久性定量设计指南。
(2)承接性原则
指南术语与相应国家、国际、行业和地方标准的规定内容相一致,条文未出现自相矛盾的地方。
指南技术内容与国家、国际、行业和地方标准兼容,未出现冲突,保证了一致性。
指南技术内容中引用其他标准时,已明确指出所引用标准的内容或名称,增强了指南的可读性和可操作性。
(3)可操作性原则
指南的起草充分调研了国内外混凝土结构耐久性设计的现状,征求了高校、设计院、施工单位、建设单位等领域的专家意见。
编写组在此基础上进过反复讨论和修改,编制此指南。
指南内容针对性强,可操作性高。
2、指南主要内容
《海港工程混凝土结构耐久性设计指南》征求意见稿内容共分7章,还包括前言。
第1章为指南的范围;
第2章为规范性引用文件;
第3章为有关术语和定义;
第4章为总则;
第5章为环境作用等级的划分及量化;
第6章为混凝土结构的耐久性定量设计;
第7章为构造要求。
3、混凝土结构耐久性定量设计的基本原理
所制定的《海港工程混凝土结构耐久性设计指南》中,开展海港工程混凝土结构耐久性定量设计的基本步骤包括:
(1)根据混凝土结构所在的不同区域海洋环境条件,确定海港工程混凝土结构的海洋氯化物环境作用等级;
(2)根据海港工程混凝土结构的海洋氯化物环境作用等级,确定环境作用的量化取值(即混凝土表面氯离子浓度);
(3)根据混凝土结构构件的强度设计和构造设计要求,将净保护层厚度c、混凝土的初始氯离子扩散系数D0及其龄期衰减系数n选取为耐久性设计参数;
(4)根据海洋氯化物环境作用的量化指标(即混凝土表面氯离子浓度),针对不同截面形式的海港工程混混凝土结构分别开展耐久性定量设计设计,计算净保护层厚度c、初始氯离子扩散系数D0和龄期衰减系数n的备选组合。
(5)确定有利于提高混凝土结构耐久性的构造措施。
四、指南主要内容的确定依据
1、环境作用等级的划分及量化
第5章环境作用等级的划分及量化。
其中,海洋氯化物环境条件划分的依据为:
参照《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》JTJ275-2000、《水运工程结构耐久性设计标准》JTS153-2015和《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476-2008的规定,按照港工设计水位或天文潮位将混凝土结构不同部位的海洋氯化物环境划分为水下区(含土中区)、水位变动区、浪溅区和大气区。
海洋氯化物环境作用等级划分的依据为:
由于水下区和土中区的氧气供应不足,不利于钢筋锈蚀的发生,所以将环境作用等级划分为L1级。
相比而言,大气区的氧气供应充分,根据所接触的腐蚀性氯离子浓度的高低,可以进一步将大气区细化为重度盐雾区和轻度盐雾区。
轻度盐雾区和重度盐雾区的划分,宜根据当地的具体环境和既有工程调查确定。
靠近海岸的陆上建筑物,盐雾对室外混凝土构件的作用尚应考虑风向、地貌等因素的影响。
密集建筑群,除直接面海和迎风的建筑物外,其它建筑物可适当降低作用等级。
与水位变动区和浪溅区相比,由于大气区所接触的腐蚀性氯离子和水分有限,所以将轻度盐雾区和重度盐雾区的环境作用等级分别划分为L2和L3级。
水位变动区和浪溅区所接触的腐蚀性氯离子和水分充分,而且氧气供应充足,干湿循环作用显著,钢筋最易发生锈蚀,所以将环境作用等级划分为L4级。
图2离海平面高度对混凝土中最大氯离子浓度值的影响规律
为了确定重度盐雾区和轻度盐雾区沿垂直方向的划分界限,根据36座跨海大桥850多个测点的统计数据,分析了离海平面高度对混凝土中实测的最大氯离子浓度值(与混凝土表面氯离子浓度密切相关)的影响规律,如图1所示。
由图1可知,随着离海平面高度的增加,混凝土中实测的最大氯离子浓度值逐渐降低。
结合广西沿海地区的潮汐水位统计资料,将离海平面高度在浪溅区以上25米以内的范围划分
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