海港码头长期承载特性与安全分析关键问题研究

The bearing capacity evolution and the safety analysis method of the reinforced concrete structures are the important issues to be resolved in the engineering structure design and maintenance of marine environment and soft soil foundation condition. The bearing capacity evolution of reinforced concrete structure on soft soil foundation under marine environment is caused by steel bar corrosion resulted from chloride ion penetration and soft soil property changes resulting from long-term cycle action of wave, current and service load, etc.. This project will studies the diffusion of chloride ion in the reinforced concrete and the influence of concrete material inhomogeneity and the steel bar block effect on chloride ion transmission under various marine environments (atmospheric zone, water level variation zone and underwater zone) and long-term loading to build the chloride diffusion model, steel bar corrosion rate model and the bond strength decline model between reinforcement and concrete; studies the evolution of soft soil mechanical properties under long-term cyclic loading to build the long-term cyclic bearing capacity model of soft soil; studies the effects of reinforced concrete and soft soil mechanical properties evolution on the failure mechanism, the failure mode and the overall bearing capacity of the structure-foundation system to build the overall bearing capacity time-varying model and the reliability analysis method of reinforced concrete structure on soft soil foundation in marine environment. It is aimed at providing the theoretical basis and technical method for the durability design, safety assessment and lifetime prediction of the seaport reinforced concrete structures.

海洋环境、软土地基条件下钢筋混凝土结构承载力演化规律及安全度分析方法，是海港码头设计和维护中亟需解决的重要课题。软土地基上钢筋混凝土海港结构承载力演化主要是由海洋环境氯离子浸透导致钢筋锈蚀，以及波流和使用荷载等长期循环作用导致的软土性能变化引起。本项目采用室内试验方法研究各种海洋环境（大气区、水位变动区和水下区）和长期荷载作用下氯离子在钢筋混凝土中的扩散规律及材料不均匀性和钢筋阻滞效应的影响，建立相应氯离子扩散模型、钢筋锈蚀速率模型、钢筋与混凝土粘结强度下降模型；研究长期循环荷载作用下软土力学性能演化规律，建立软土地基长期循环承载力演化模型；研究钢筋混凝土和软土地基力学性能演化对结构-地基系统破坏机理、破坏模式和整体承载力及其演化规律的影响，建立软土地基条件下海港钢筋混凝土结构整体承载力演化模型及安全度分析方法。为海港钢筋混凝土结构的耐久性设计、安全评估和寿命预测提供基础理论和技术方法。

海洋环境、软土地基条件下钢筋混凝土结构承载力演化规律及安全度分析方法，是海港码头设计和维护中亟需解决的重要课题。软土地基上钢筋混凝土海港结构承载力演化主要是由海洋环境氯离子浸透导致钢筋锈蚀，以及波流和使用荷载等长期循环作用导致的软土性能变化引起。本项目通过人工模拟海洋环境下的物理试验，研究了骨料含量、粒径大小和分布及骨钢筋对氯离子扩散的影响，建立了考虑钢筋混凝土材料不均匀性和钢筋阻滞效应的氯离子扩散模型，解决了钢筋混凝土材料性能演化分析的基础理论问题；在物理试验基础上研究确定了氯离子在硬化水泥砂浆、硬化砂浆与粗骨料和钢筋界面处的扩散系数，建立了可模拟氯离子在硬化水泥砂浆中、硬化浆体与粗骨料和钢筋界面处扩散行为的细观有限元模型；研究了氯离子浸透引起的钢筋锈蚀和混凝土与钢筋之间的粘结力下降等对钢筋混凝土材料性能的影响规律，建立了海洋环境下钢筋混凝土材料性能随时间变化模型；研究了钢筋混凝土材料性能劣化对结构整体承载力的影响规律，建立了海港钢筋混凝土结构整体承载力随使用时间变化的随机过程模型；通过土工物理试验，研究了静/动应力水平、排水固结状态、循环荷载持续时间等对软土强度演化及长期变形的影响，建立了长期循环荷载作用下软土强度演化及长期变形模型，解决了软土地基承载力演化过程模型中的基础理论问题；采用数值模拟方法，研究了钢筋混凝土结构-软土地基相互作用效应、地基沉降和岸坡长期变形规律及其对结构承载特性的影响，探明了钢筋混凝土结构-软土地基系统承载特性与破坏模式，建立了钢筋混凝土结构-软土地基系统整体承载力演化模型；在钢筋混凝土结构-软土地基系统整体承载力演化模型演技的基础上，基于时变结构可靠度分析的时间离散-综合法，建立了基于钢筋混凝土结构-软土地基系统整体承载力演化模型的时变结构整体可靠度分析方法。可为海港钢筋混凝土结构的耐久性设计、安全评估和寿命预测提供基础理论和技术方法。