本书共12章，涉及混凝土结构耐久性的相似理论与方法，包括相似理论、相对信息理论、结构可靠度基本理论的概念，提出了混凝土结构耐久性的相似问题，构建了多重环境时间相似理论，并加以工程应用；在此基础上，构建了广义多重环境时间的相似理论，并在一般大气环境、冻融环境和海洋氯化物环境中给予理论表述与工程应用；最后将此理论应用于其他工程领域。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 问题的提出 3
1.1.1 混凝土结构耐久性的严重性 3
1.1.2 提高混凝土结构耐久性的重要性 9
1.2 研究现状 11
1.2.1 相似理论 11
1.2.2 信息科学 12
1.2.3 混凝土结构耐久性试验方法 12
1.2.4 耐久性设计规范 18
1.3 混凝土结构耐久性相似理论与方法的发展 18
参考文献 19
第2章 相似理论 25
2.1 第一相似定理 27
2.2 第二相似定理 28
2.3 第三相似定理 29
2.4 复合相似理论 30
参考文献 31
第3章 相对信息理论基础 33
3.1 Shannon信息理论 35
3.1.1 理论提出 35
3.1.2 理论应用及发展 36
3.2 相对信息理论 36
3.2.1 理论提出 36
3.2.2 理论应用及发展 37
3.3 相对信息的表示 37
3.3.1 Jumarie洛伦兹变换 37
3.3.2 相对信息熵 38
参考文献 39
第4章 结构可靠度基本理论 41
4.1 结构可靠度的一般形式 43
4.1.1 基本概念 43
4.1.2 时变可靠度 46
4.2 可靠度的计算 47
4.2.1 验算点法 47
4.2.2 二次二阶矩法 49
4.2.3 响应面法 51
4.2.4 蒙特卡罗法 52
4.2.5 时变可靠度计算 55
4.3 不确定性的表现形式 57
4.3.1 事物的随机性 57
4.3.2 事物的模糊性 57
4.3.3 事物知识的不完善性 57
4.4 基于相对信息的可靠度计算方法 58
4.4.1 基本概念 58
4.4.2 计算思路 60
参考文献 61
第5章 结构耐久性的相似问题 65
5.1 结构耐久性的基本问题 67
5.1.1 碳化侵蚀 67
5.1.2 冻融破坏 68
5.1.3 氯盐侵蚀 68
5.1.4 硫酸盐侵蚀 69
5.2 耐久性的相对性 70
5.2.1 环境的相似性 70
5.2.2 信息的相对性 70
5.2.3 时间的相似性 71
5.3 常规耐久性问题的求解 71
5.3.1 一般大气环境 71
5.3.2 冻融环境 72
5.3.3 海洋氯化物环境 73
5.4 沿海结构耐久性问题 73
5.4.1 沿海混凝土结构耐久性的特点 73
5.4.2 氯离子在混凝土中的传输机理 74
5.4.3 主要影响因素 77
参考文献 87
第6章 多重环境时间相似理论 93
6.1 一般问题 95
6.1.1 METS 95
6.1.2 METS理论的参数选取 97
6.1.3 基于METS方法的沿海混凝土结构寿命预测 99
6.2 METS试验方法与设计 101
6.2.1 METS试验方法研究 101
6.2.2 沿海混凝土结构耐久性METS试验设计 108
6.3 沿海混凝土结构耐久性METS试验的结果与分析 112
6.3.1 第三方参照物的现场检测试验结果与分析 112
6.3.2 现场暴露试验设计 126
6.3.3 现场暴露试验的耐久性检测结果与分析 131
6.3.4 室内加速试验结果与分析 134
6.4 沿海混凝土结构耐久性METS相关参数的研究 146
6.4.1 METS试验的氯离子扩散系数研究 147
6.4.2 氯离子扩散系数随暴露时间变化规律研究 155
6.4.3 不同环境氯离子表观扩散系数的相似性研究 160
6.4.4 混凝土表层对流区深度的试验研究 163
6.4.5 METS试验混凝土的表面氯离子浓度研究 168
6.4.6 不同环境氯离子对普通混凝土侵蚀的相似性分析 174
参考文献 181
第7章 多重环境时间相似理论的工程应用 185
7.1 METS的应用流程 187
7.2 工程概况 190
7.3 海工混凝土相似系数的修正 193
7.4 跨海大桥耐久性METS方法的寿命预测 196
7.4.1 COMSOL Multiphysics数值分析软件介绍 196
7.4.2 大桥主要结构部位混凝土结构耐久性寿命预测 198
7.4.3 与其他寿命预测结果的比较 208
参考文献 211
第8章 广义多重环境时间相似理论 213
8.1 RI-METS理论 215
8.1.1 理论引入 215
8.1.2 METS路径 216
8.1.3 工程结构系统 221
8.1.4 试验系统 232
8.1.5 相对信息 234
8.2 混凝土结构耐久性设计规范系统 236
8.2.1 设计规范系统 236
8.2.2 指定设计法 237
8.2.3 避免劣化法 250
8.2.4 基于性能和可靠度的设计方法 250
8.3 求解思路 253
参考文献 254
第9章 RI-METS理论与应用：一般大气环境 257
9.1 劣化机理与过程 259
9.2 工程结构系统 259
9.2.1 宏观尺度 259
9.2.2 细观尺度 260
9.2.3 微观尺度 261
9.3 耐久性极限状态 262
9.4 环境试验系统 263
9.5 RI-METS理论 265
9.5.1 METS理论 265
9.5.2 METS路径 266
9.5.3 相对信息熵 266
9.5.4 相对信息 268
9.6 RI-METS理论的应用 268
9.6.1 工程概况 268
9.6.2 工程结构系统 268
9.6.3 试验系统 269
9.6.4 METS路径 269
9.6.5 相对信息熵 271
9.6.6 相对信息 273
9.6.7 控制决策 275
参考文献 276
第10章 RI-METS理论与应用：冻融环境 279
10.1 劣化机理与过程 281
10.2 工程结构系统 281
10.2.1 宏观尺度 281
10.2.2 细观尺度 282
10.2.3 微观尺度 283
10.3 耐久性极限状态 284
10.4 环境试验系统 284
10.5 RI-METS理论 286
10.5.1 METS理论 286
10.5.2 METS路径 287
10.5.3 相对信息熵 288
10.5.4 相对信息 290
10.6 RI-METS理论的应用 290
10.6.1 工程概况 290
10.6.2 工程结构系统 290
10.6.3 试验系统 291
10.6.4 METS路径 291
10.6.5 相对信息熵 294
10.6.6 相对信息 297
10.6.7 控制决策 301
参考文献 302
第11章 RI-METS理论与应用：海洋氯化物环境 303
11.1 劣化机理与过程 305
11.2 工程结构系统 305
11.2.1 宏观尺度 305
11.2.2 细观尺度 306
11.2.3 微观尺度 307
11.3 耐久性极限状态 308
11.4 环境试验系统 308
11.5 RI-METS理论 310
11.5.1 METS理论 310
11.5.2 METS路径 313
11.5.3 相对信息熵 314
11.5.4 相对信息 316
11.6 RI-METS理论的应用 316
11.6.1 工程概况 316
11.6.2 工程结构系统 316
11.6.3 试验系统 317
11.6.4 METS路径 317
11.6.5 相对信息熵 327
11.6.6 相对信息 332
11.6.7 控制决策 335
参考文献 337
第12章 在其他领域中的应用 339
12.1 输电线路覆冰后安全性的METS方法 341
12.2 结构在地震作用下的动力响应的METS方法 341
12.3 卫星发射阶段的动力特性分析的METS方法 342
12.4 桥梁结构的疲劳可靠性分析的METS方法 343
参考文献 344
名词索引 347
CONTENTS
Preface
Chapter 1 Introduction 1
1.1 Statement of problem 3
1.1.1 The severity of concrete structural durability 3
1.1.2 The importance of improving the durability of concrete structures 9
1.2 Status of research 11
1.2.1 Similarity theory 11
1.2.2 Information science 12
1.2.3 Testing method of concrete structural durability 12
1.2.4 Specification of durability design 18
1.3 Development of similarity theory and method of concrete structural durability 18
References 19
Chapter 2 Theory of Similarity 25
2.1 The first similarity theorem 27
2.2 The second similarity theorem 28
2.3 The third similarity theorem 29
2.4 Compound similarity theory 30
References 31
Chapter 3 The basic of Relative Information Theory 33
3.1 Shannon's information theory 35
3.1.1 Proposal of the theory 35
3.1.2 Application and development of the theory 36
3.2 Relative information theory 36
3.2.1 Proposal of the theory 36
3.2.2 Application and development of the theory 37
3.3 Representation of relative information 37
3.3.1 Jumarie’s Lorentz transformation 37
3.3.2 Relative information entropy 38
References 39
Chapter 4 The basic of Theory of Reliability 41
4.1 General representation of reliability theory 43
4.1.1 Basic concept 43
4.1.2 Time-varying reliability 46
4.2 Calculation of Reliability 47
4.2.1 Checkpoint method(JC’s method) 47
4.2.2 Second-order second-moment method 49
4.2.3 Response surface methodology 51
4.2.4 Monte Carlo method 52
4.2.5 Calculation of time-varying reliability 55
4.3 Representation of uncertainty 57
4.3.1 Randomness of things 57
4.3.2 Fuzziness of things 57
4.3.3 Incompleteness of knowledge of things 57
4.4 Method of reliability’s calculation based on relative information 58
4.4.1 Basic concept 58
4.4.2 Ideas of calculation 60
References 61
Chapter 5 Similarity Problems of Structural Durability 65
5.1 Basic problem of structural durability 67
5.1.1 Carbonization erosion 67
5.1.2 Freezing and thawing damage 68
5.1.3 Chloride erosion 68
5.1.4 Sulfate erosion 69
5.2 Relativity of durability 70
5.2.1 Relativity of environment 70
5.2.2 Relativity of information 70
5.2.3 Relativity of time 71
5.3 Solution of conventional problems of durability 71
5.3.1 General atmospheric environment 71
5.3.2 Freezing-thawing 72
5.3.3 Marine environment 73
5.4 Problems of coastal concrete structural durability 73
5.4.1 Characteristics of durability of coastal concrete structures 73
5.4.2 Transporting mechanism of chloride ion in concrete 74
5.4.3 The main influencing factors 77
References 87
Chapter 6 Multiple Environmental Time Similarity Theory 93
6.1 General problems 95
6.1.1 Multiple environmental time similarity 95
6.1.2 Parameter’s selection of METS method 97
6.1.3 METS method for predicting durability life of coastal concrete structures 99
6.2 Testing method and design in METS theory 101
6.2.1 Study on testing method of METS method 101
6.2.2 Testing design of METS method for coastal concrete structural durability 108
6.3 Results and analysis of test in METS method for coastal concrete structural durability 112
6.3.1 Field test results and analysis of the third-party reference 112
6.3.2 Design of field exposure test 126
6.3.3 Durability testing results and analysis of field exposure test 131
6.3.4 Results and analysis of indoor accelerated test 134
6.4 Study on related parameters of METS method for coastal
concrete structural durability 146
6.4.1 Study on chloride ion diffusion coefficient of METS method test 147
6.4.2 Study on the variation of chloride ion diffusion coefficient with exposed time 155
6.4.3 Study on similarity of apparent diffusion coefficient of chloride ion in different environment 160
6.4.4 Experimental study on depth of convective zone of concrete surface 163
6.4.5 Study on external chloride concentration of concrete in METS method test 168
6.4.6 Similarity analysis of common concrete erosion caused by chloride ions in different environments 174
References 181
Chapter 7 Engineering Application of Muitiple Environmental Time Similarity Theory 185
7.1 Application flow of METS method 187
7.2 General situation of engineering 190
7.3 Modification of similarity coefficient of marine concrete in sea-crossing bridge 193
7.4 Durability life prediction of sea-crossing bridge using METS method 196
7.4.1 Introduction to the numerical analysis software COMSOL Multiphysics 196
7.4.2 Durability life prediction of concrete structures in main structural parts of sea-crossing bridge 198
7.4.3 Comparison with other results of life prediction 208
References 211
Chapter 8 General Mutiple Environmental Time Similarity Theory 213
8.1 RI-METS method 215
8.1.1 Introduction of Theorety 215
8.1.2 METS path 216
8.1.3 Engineering structural system 221
8.1.4 Testing system 232
8.1.5 Relative information 234
8.2 Design code system for concrete structural durability 236
8.2.1 Design code system 236
8.2.2 Prescriptive design method 237
8.2.3 Avoiding deterioration method 250
8.2.4 Performance-reliability-based method 250
8.3 Idea of solution 253
References 254
Chapter 9 RI-METS Theory and Application:General Atmospheric Environment 257
9.1 Deterioration mechanism and process 259
9.2 Engineering structural system 259
9.2.1 Macro scale 259
9.2.2 Meso scale 260
9.2.3 Micro scale 261
9.3 Limit state of durability 262
9.4 Environmental testing system 263
9.5 RI-METS theory 265
9.5.1 METS theory 265
9.5.2 METS path 266
9.5.3 Relative information entropy 266
9.5.4 Relative information 268
9.6 Application of RI-METS theory 268
9.6.1 General situation of engineering 268
9.6.2 Engineering structural system 268
9.6.3 Testing system 269
9.6.4 METS path 269
9.6.5 Relative information entropy 271
9.6.6 Relative information 273
9.6.7 Control and decision 275
References 276
Chapter 10 RI-METS theory and Application:Freezing-thawing Environment 279
10.1 Deterioration mechanism and process 281
10.2 Engineering structural system 281
10.2.1 Macro scale 281
10.2.2 Meso scale 282
10.2.3 Micro scale 283
10.3 Limit state of durability 284
10.4 Environmental testing system 284
10.5 RI-METS theory 286
10.5.1 METS theory 286
10.5.2 METS path 287
10.5.3 Relative information entropy 288
10.5.4 Relative information 290
10.6 Application of RI-METS theory 290
10.6.1 General situation of engineering 290
10.6.2 Engineering structural system 290
10.6.3 Testing system 291
10.6.4 METS path 291
10.6.5 Relative information entropy 294
10.6.6 Relative information 297
10.6.7 Control and decision 301
References 302
Chapter 11 RI-METS Theory and Application:Marine Environment 303
11.1 Deterioration mechanism and process 305
11.2 Engineering structural system 305
11.2.1 Macro scale 305
11.2.2 Meso scale 306
11.2.3 Micro scale 307
11.3 Limit state of durability 308
11.4 Environmental testing system 308
11.5 RI-METS theory 310
11.5.1 METS theory 310
11.5.2 METS path 313
11.5.3 Relative information entropy 314
11.5.4 Relative information 316
11.6 Application of RI-METS theory 316
11.6.1 General situation of engineering 316
11.6.2 Engineering structural system 316
11.6.3 Testing system 317
11.6.4 METS path 317
11.6.5 Relative information entropy 327
11.6.6 Relative information 332
11.6.7 Control and decision 335
References 337
Chapter 12 Applications in Other Fields 339
12.1 METS method for safety of transmission lines after icing 341
12.2 METS method for dynamic response of structures under earthquake action 341
12.3 METS method for dynamic characteristics analysis of satellite launch phase 342
12.4 METS method for fatigue reliability analysis of bridge structures 343
References 344
Index 347
表目录
表1-1 我国基础设施建设概况 3
表1-2 我国GDP与建筑业总产值 4
表4-1 可靠指标β与结构的失效概率Pf的对应关系 46
表5-1 海洋环境条件下不同混凝土材料的时间衰减系数n 81
表5-2 DuraCrete中时间衰减系数n的取值 81
表5-3 Val和Stewart建议的表面氯离子浓度取值 82
表5-4 DuraCrete中的拟合系数Ac的取值 83
表5-5 近海大气区混凝土表面的氯离子浓度(日本土木学会标准) 83
表5-6 Life-365近海大气区混凝土表面的氯离子浓度 83
表5-7 用于设计的表面氯离子浓度Cs(混凝土中氯离子与混凝土质量的比值) 83
表5-8 DuraCrete中关于Δx取值的规定 84
表5-9 引起钢筋锈蚀的氯离子阈值 86
表5-10 不同标准或研究者报道的氯离子阈值 87
表5-11 DuraCrete规定的氯离子阈值(%，与胶凝材料质量的比值) 87
表6-1 海水环境混凝土部位划分 110
表6-2 天然大洋海水(全世界77个海水样品)盐含量成分表 113
表6-3 海水水质分析表 113
表6-4 潮位特征值(1985国家高程基准) 113
表6-5 乍浦港气象特征统计表 115
表6-6 乍浦港一期二泊位混凝土配合比 116
表6-7 乍浦港二期一泊位混凝土配合比 116
表6-8 乍浦港二期四泊位混凝土配合比 116
表6-9 乍浦港三期一泊位混凝土配合比 117
表6-10 各高程处海水浸润时间比例 125
表6-11 现场暴露试验站钢格栅及连接件涂装方案 128
表6-12 现场暴露试验混凝土试件数量汇总表 130
表6-13 海工混凝土典型配合比 130
表6-14 普通混凝土试件配合比 130
表6-15 现场暴露试验不同取样部位的暴露时间表 131
表6-16 各环境分区的氯离子侵蚀机理和主要环境因素表 135
表6-17 水下区室内加速模拟试验的控制温度 136
表6-18 室内加速试验潮差区环境参数模拟结果 137
表6-19 室内加速试验浪溅区环境参数模拟结果 138
表6-20 研究对象对应的室内加速试验混凝土试件数量汇表 139
表6-21 现场检测部位对应的室内试验混凝土试件数量统计表 139
表6-22 乍浦港混凝土试件取样时间与加速试验时间对照表 140
表6-23 杭州湾跨海大桥混凝土试件取样时间与加速试验时间表 143
表6-24 第三方参照物现场取样暴露时间对照表 148
表6-25 第三方参照物大气区混凝土的氯离子扩散系数表 148
表6-26 第三方参照物浪溅区混凝土的氯离子扩散系数表 149
表6-27 第三方参照物潮差区混凝土的氯离子扩散系数表 150
表6-28 第三方参照物不同环境分区氯离子扩散系数的平均值 150
表6-29 现场暴露试验不同环境分区氯离子扩散系数表 152
表6-30 乍浦港试件不同环境分区的氯离子扩散系数 153
表6-31 大桥试件不同环境分区的氯离子扩散系数 154
表6-32 室内加速试验得到的不同混凝土材料的时间衰减系数和28天表观扩散系数 157
表6-33 混凝土试件时间衰减系数n的计算结果与拟合结果比较表 159
表6-34 不同环境现场检测氯离子扩散系数的相似率计算表 161
表6-35 不同环境混凝土试件氯离子扩散系数的相似率计算表 161
表6-36 室内加速与现场环境氯离子扩散系数的相似率 162
表6-37 浪溅区混凝土试件的材料组成与编号 165
表6-38 普通混凝土和海工混凝土对流区深度建议值 168
表6-39 不同环境分区现场检测试验表面氯离子浓度的拟合结果(占混凝土质量的百分比) 170
表6-40 不同环境室内加速试验表面氯离子浓度的拟合结果(占混凝土质量的百分比) 171
表6-41 不同环境表面氯离子浓度相似率计算表 173
表6-42 室内加速与现场实际环境表面氯离子浓度的相似率 174
表7-1 混凝土结构构件使用环境分区及其侵蚀作用级别 191
表7-2 海工混凝土的典型配合比 191
表7-3 海工混凝土实测性能 192
表7-4 各国标准规定的最小保护层厚度 192
表7-5 杭州湾跨海大桥混凝土结构各部位钢筋保护层厚度 192
表7-6 室内加速与现场环境普通混凝土氯离子扩散系数的相似率 193
表7-7 室内加速与现场环境海工混凝土氯离子扩散系数的相似率计算 193
表7-8 室内加速与现场实际环境海工混凝土氯离子扩散系数的相似率 195
表7-9 室内加速与现场实际环境海工混凝土表面氯离子浓度的相似率 195
表7-10 现场实际环境中杭州湾跨海大桥海工混凝土表层区深度Δx的取值 198
表7-11 杭州湾跨海大桥主要结构部位耐久性寿命预测结果 207
表7-12 杭州湾跨海大桥海上混凝土构件前两次寿命预测结果 208
表7-13 浙江大学2007年基于M-C方法杭州湾大桥主要结构部位耐久性寿命预测结果 209
表7-14 浙江大学2008年基于M-C方法杭州湾大桥主要结构部位耐久性寿命预测结果 209
表8-1 中国海域海水盐度 223
表8-2 细观尺度下不同工程结构系统的影响因素 224
表8-3 我国标准规定的工程结构设计使用年限 238
表8-4 中、欧、美规范环境类别对照表 240
表8-5 中、欧、美规范不同环境类别混凝土最低强度等级 241
表8-6 中、欧、美规范不同环境类别混凝土最大水胶比 243
表8-7 中、欧规范不同环境类别最小胶凝材料用量 245
表8-8 中、欧、美规范不同环境类别混凝土最小保护层厚度 247
表8-9 中、欧、美规范不同环境类别混凝土中最大氯离子含量 249
表8-10 目标失效概率与目标可靠指标 252
表9-1 一般大气环境工程结构系统宏观影响因素 259
表9-2 一般大气环境工程结构系统细观影响因素 260
表9-3 一般大气环境工程结构系统微观影响因素 262
表9-4 实验室人工模拟一般大气环境试验系统输入参数和输出参数 263
表9-5 加速碳化试验规范 264
表9-6 既有结构系统Ses,1与试验系统Sex,1碳化系数及其相似率统计结果 270
表9-7 既有结构系统Ses,1与试验系统Sex,1碳化系数及其相似率K-S检验 270
表9-8 既有结构系统Ses,1与试验系统Sex,1碳化系数线性回归结果 271
表9-9 试验系统Sex碳化系数统计结果与K-S检验 271
表9-10 METS(Ses,1;)路径的统计参数 272
表9-11 拟建结构系统Sns碳化系数统计结果与K-S检验 273
表9-12 一般大气环境下的拟建结构系统Sns的统计参数 273
表9-13 METS路径与拟建结构系统Sns建成后的钢筋脱钝时间 275
表10-1 冻融环境工程结构系统宏观影响因素 281
表10-2 冻融环境工程结构系统细观影响因素 282
表10-3 冻融环境工程结构系统微观影响因素 283
表10-4 实验室人工模拟冻融环境试验系统输入参数和输出参数 285
表10-5 国内外加速冻融试验规范 286
表10-6 各系统衰变常数及其相似率统计结果 293
表10-7 各系统衰变常数及其相似率K-S检验 293
表10-8 各系统衰变常数线性回归结果 294
表10-9 试验系统Sex衰变常数统计结果与K-S检验 294
表10-10 各路径的统计参数 295
表10-11 拟建结构系统Sns衰变常数统计结果与K-S检验 297
表10-12 冻融环境下的拟建结构系统Sns建成后的统计参数 298
表10-13 各METS路径与拟建结构系统Sns建成后的冻融破坏时间 299
表11-1 海洋氯化物环境工程结构系统宏观影响因素 305
表11-2 海洋氯化物环境工程结构系统细观影响因素 306
表11-3 海洋氯化物环境工程结构系统微观影响因素 307
表11-4 实验室人工模拟海洋氯化物环境试验系统输入参数和输出参数 309
表11-5 国内外加速氯离子输运试验规范 310
表11-6 各系统表面氯离子浓度及其相似率统计结果 323
表11-7 各系统扩散系数及其相似率统计结果 323
表11-8 各系统表面氯离子浓度及其相似率K-S检验 324
表11-9 各系统扩散系数及其相似率K-S检验 324
表11-10 各系统表面氯离子浓度线性回归结果 326
表11-11 各系统扩散系数线性回归结果 326
表11-12 试验系统(Sex, )表面氯离子浓度统计结果与K-S检验 327
表11-13 各试验系统扩散系数统计结果与K-S检验 327
表11-14 各路径的统计参数 328
表11-15 拟建结构系统Sns表面氯离子浓度及扩散系数统计结果 333
表11-16 拟建结构系统Sns表面氯离子浓度及扩散系数K-S检验 333
表11-17 各路径与建成后拟建结构系统Sns的钢筋脱钝时间 334
图目录
图1-1 我国各项基础设施建设指数 4
图1-2 我国钢材、水泥的年产量 5
图1-3 民用建筑混凝土板碳化及钢筋锈蚀 5
图1-4 工业建筑混凝土支撑钢筋锈蚀 5
图1-5 铁路桥梁钢筋锈蚀 6
图1-6 铁路隧道渗漏 6
图1-7 公路桥梁钢筋锈蚀混凝土剥落 6
图1-8 公路桥梁混凝土柱盐结晶腐蚀 6
图1-9 港口码头混凝土桩钢筋锈蚀 6
图1-10 港口码头混凝土柱冻融破坏 6
图1-11 大坝混凝土冻融破坏 7
图1-12 水闸胸墙钢筋锈蚀混凝土保护层脱落 7
图1-13 混凝土结构耐久性破坏的工程实例 8
图1-14 美国Treat Island现场暴露试验站 14
图1-15 青岛海洋腐蚀研究所现场暴露试验站 14
图1-16 杭州湾跨海大桥现场暴露试验站 14
图1-17 浙江大学人工气候模拟实验室 17
图2-1 第三相似定理单值条件示意图 29
图3-1 信息的相对性 36
图3-2 观察者的内部结构 37
图4-1 结构的工作状态 43
图4-2 正态功能函数概率分布密度曲线 45
图4-3 结构抗力和荷载效应随时间变化的过程 46
图4-4 两个正态随机变量的极限状态方程和设计验算点 48
图4-5 响应面示意图 51
图4-6 V空间的复合蒙特卡罗法 54
图4-7 二元模糊集的模糊熵曲面 59
图4-8 语法空间与语义空间 60
图4-9 时间轴上的串联系统 60
图5-1 对流区示意图 74
图5-2 氯离子侵蚀机理示意图 75
图5-3 溶液中化学物质的等浓度面 75
图5-4 RCM设备 79
图5-5 钢筋初锈风险图 87
图6-1 METS理论原理图 95
图6-2 METS在沿海混凝土结构耐久性寿命预测中的应用 99
图6-3 AUTOCLAM自动渗透测试仪 102
图6-4 混凝土中钢筋锈蚀的检测流程 104
图6-5 人工气候加速模拟实验室结构示意图 107
图6-6 现场暴露试验设计流程 109
图6-7 现场碳化深度检测 117
图6-8 RCT检测过程 118
图6-9 大气区氯离子含量分布图 119
图6-10 浪溅区氯离子含量分布图 120
图6-11 潮差区氯离子含量分布图 121
图6-12 干湿交替区域取样点随高程的分布示意图 122
图6-13 干湿交替区域的氯离子侵蚀曲线 124
图6-14 杭州湾跨海大桥现场暴露试验站立面图 127
图6-15 大气区混凝土试件的氯离子侵蚀曲线 132
图6-16 大气区跨海大桥各部位检测的氯离子侵蚀曲线 132
图6-17 干湿交替区域跨海大桥各部位检测的氯离子侵蚀曲线 133
图6-18 现场暴露试验站干湿交替区域检测的氯离子侵蚀曲线 133
图6-19 现场暴露试验水下区试件检测的氯离子侵蚀曲线 134
图6-20 水下区试验 136
图6-21 水下区室内加速试验温度变化图 136
图6-22 潮差区试验 136
图6-23 潮差区室内加速试验温度变化图 136
图6-24 浪溅区试验 137
图6-25 浪溅区室内加速试验温度变化图 137
图6-26 浪溅区室内加速试验相对湿度变化图 138
图6-27 大气区试验 139
图6-28 乍浦港混凝土试件室内加速试验的氯离子侵蚀曲线 142
图6-29 杭州湾混凝土试件室内加速试验的氯离子侵蚀曲线 146
图6-30 S12试件扩散系数与加速试验时间关系图 156
图6-31 码头不同高程普通混凝土表层的氯离子侵蚀曲线 164
图6-32 码头对流区深度随高程的变化曲线(普通混凝土) 164
图6-33 现场浪溅区混凝土表层的氯离子侵蚀曲线 165
图6-34 浪溅区现场暴露试验不同组成混凝土的对流区深度 166
图6-35 现场浪溅区双掺混凝土表层的氯离子侵蚀曲线 167
图6-36 QHLA0-S(x)试件的Boltzmann拟合曲线 170
图6-37 QHLA0-S(x)试件表面氯离子浓度拟合曲线 172
图6-38 水下区ZPSC试件室内加速氯离子侵蚀数值模拟结果 175
图6-39 水下区ZPSC试件对应现场实际环境中氯离子侵蚀数值模拟结果 176
图6-40 潮差区CPCA试件室内加速氯离子侵蚀数值模拟结果 177
图6-41 潮差区CPCA试件对应现场实际环境中氯离子侵蚀数值模拟结果 178
图6-42 浪溅区QPLA-S试件室内加速氯离子侵蚀数值模拟结果 179
图6-43 浪溅区QPLA-S试件对应现场实际环境中氯离子侵蚀数值模拟结果 180
图7-1 宁波港某码头腐蚀现状 190
图7-2 杭州湾跨海大桥实景图 190
图7-3 COMSOL Multiphysics应用模块界面图 196
图7-4 海上桩基氯离子侵蚀数值模拟图 199
图7-5 海上承台氯离子侵蚀数值模拟图 200
图7-6 湿接头氯离子侵蚀数值模拟图 202
图7-7 预制墩身氯离子侵蚀数值模拟图 203
图7-8 现浇墩身氯离子侵蚀数值模拟图 204
图7-9 陆上承台氯离子侵蚀数值模拟图 205
图7-10 箱梁氯离子侵蚀数值模拟图 207
图7-11 杭州湾跨海大桥混凝土结构主要构件各种寿命预测结果比较 210
图8-1 METS理论 215
图8-2 METS(Ses,1;Ea,1)路径 216
图8-3 METS(Ses,i;Ea, j)路径 217
图8-4 METS(Ses,1～i;Ea, j)路径 217
图8-5 METS(Ses,i;Ea,1～j)路径 219
图8-6 METS(Ses,1～i;Ea, 1～j)路径 219
图8-7 METS路径树 220
图8-8 宏观尺度模型 222
图8-9 细观尺度模型 222
图8-10 微观尺度模型 222
图8-11 细观尺度下的房屋建筑结构示意图 225
图8-12 细观尺度下的桥梁结构示意图 226
图8-13 细观尺度下的隧道结构示意图 227
图8-14 细观尺度下的港工结构示意图 228
图8-15 细观尺度下的水工结构示意图 229
图8-16 细观尺度下的水工结构剖面示意图 230
图8-17 微观尺度下的工程结构系统 231
图8-18 试验系统的基本架构 232
图8-19 加速耐久性试验 233
图8-20 效用度函数 236
图8-21 设计规范系统与结构设计系统 237
图8-22 中、欧、美规范不同环境混凝土最低强度等级对比图 242
图8-23 中、欧、美规范不同环境混凝土最大水胶比对比图 244
图8-24 中、欧规范不同环境混凝土最小胶凝材料用量对比图 246
图8-25 中、欧、美规范不同环境混凝土最小保护层厚度对比图 248
图8-26 中、欧、美规范不同环境混凝土最大氯离子含量对比图 249
图8-27 设计使用年限内结构的失效概率 252
图8-28 RI-METS理论原理图 253
图9-1 一般大气环境下观察者观察系统的宏观尺度模型 260
图9-2 一般大气环境下观察者观察系统的细观尺度模型 261
图9-3 一般大气环境下观察者观察系统的微观尺度模型 262
图9-4 实验室人工模拟一般大气环境试验系统基本架构 264
图9-5 一般大气环境METS(Ses,i;)路径 266
图9-6 功能函数隶属函数曲线 268
图9-7 METS(Ses,1;)路径 269
图9-8 既有结构系统Ses,1与试验系统Sex,1碳化系数对比图 270
图9-9 既有结构系统Ses,1与试验系统Sex,1碳化系数的线性回归 271
图9-10 METS(Ses,1;)路径的可靠概率和失效概率 272
图9-11 METS(Ses,1;)路径的相对信息熵 273
图9-12 拟建结构系统的可靠概率和失效概率 274
图9-13 拟建结构系统的相对信息熵 274
图9-14 观察者效应系数与相对信息 275
图9-15 METS(Ses,1;)路径效用度 276
图10-1 冻融环境下观察者观察系统的宏观尺度模型 282
图10-2 冻融环境下观察者观察系统的细观尺度模型 283
图10-3 冻融环境RI-METS理论微观三要素模型 284
图10-4 实验室人工模拟冻融环境试验系统基本架构 285
图10-5 冻融环境METS(Ses,1～i;)路径 288
图10-6 功能函数隶属函数曲线 289
图10-7 METS(Ses,1;)路径 291
图10-8 METS(Ses,2;)路径 291
图10-9 METS(Ses,1～2;)路径 292
图10-10 各系统衰变常数对比图 292
图10-11 各系统衰变常数的线性回归 294
图10-12 各路径可靠概率、失效概率、“可靠”可能性和“失效”可能性 296
图10-13 各路径的语法信息熵和语义信息熵 297
图10-14 Sns的可靠概率、失效概率、“可靠”可能性和“失效”可能性 298
图10-15 Sns的语法信息熵和语义信息熵 298
图10-16 各METS路径与拟建结构系统Sns的闵氏空间距离平方 299
图10-17 各METS路径的观察者效应系数与内部相对信息 300
图10-18 METS1～METS3各路径效用度 301
图10-19 METS4～METS7各路径效用度 302
图11-1 海洋氯化物环境下观察者观察系统的宏观尺度模型 306
图11-2 海洋氯化物环境下观察者观察系统的细观尺度模型 307
图11-3 海洋氯化物环境下观察者观察系统的微观尺度模型 308
图11-4 实验室人工模拟海洋氯化物环境试验系统基本架构 309
图11-5 海洋氯化物环境METS(Ses,1～i;)路径 314
图11-6 功能函数隶属函数曲线 315
图11-7 试验系统(Sex, )温度曲线 317
图11-8 METS(Ses,1;)路径 318
图11-9 METS(Ses,2;)路径 318
图11-10 METS(Ses,1;)路径 318
图11-11 METS(Ses,2;)路径 318
图11-12 METS(Ses,1～2;)路径 319
图11-13 METS(Ses,1～2;)路径 319
图11-14 METS(Ses,1;)路径 320
图11-15 METS(Ses,2;)路径 320
图11-16 METS(Ses,1～2;)路径 320
图11-17 各系统表面氯离子浓度对比图 321
图11-18 各系统扩散系数对比图 322
图11-19 各系统表面氯离子浓度线性回归图 325
图11-20 各系统扩散系数线性回归图 326
图11-21 各METS路径的可靠概率与失效概率 331
图11-22 各METS路径相对信息熵 332
图11-23 拟建结构系统的可靠概率与失效概率 333
图11-24 拟建结构系统的相对信息熵 333
图11-25 各METS路径观察者效应系数与相对信息 335
图11-26 METS1～METS4各路径效用度 336
图11-27 METS5～METS9各路径效用度 336
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