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处于酸雨地区的钢筋混凝土桥梁在服役过程中不可避免地遭受酸雨的侵蚀、干湿交替影响及荷载的长期作用,造成材料、构件及结构发生损伤并逐步积累扩大,导致其抗震能力逐渐下降,存在严重的工程隐患。本课题旨在遵循材料-构件-结构的研究思路,并着眼于实际工程应用,将试验研究,理论分析及有限元数值模拟相结合。 首先对4种应变率下受酸雨不同腐蚀时间的混凝土进行了抗压性能试验研究。 其次对锈蚀钢筋和受腐蚀混凝土之间的粘结性能进行了初步探讨。研究结果表明:与静载相比,加载速率为10-4 s-1时锈蚀钢筋与混凝土的粘结强度提高;当加载速率提高到一定值(10-3 s-1-10-2s-1)时,钢筋与混凝土的粘结强度降低,致使试件在较小荷载作用下便发生破坏。 再者对受腐蚀钢筋混凝土压弯构件恢复力模型骨架曲线参数确定方法进行分析。提出了受腐蚀钢筋混凝土压弯构件恢复力模型的骨架曲线参数确定方法,并通过试验实例对所建模型进行了验证,结果表明理论模型计算结果与试验结果吻合较好。然后将试验结果、理论分析及有限元数值模拟相结合,引入混凝土材料试验结果对受酸雨腐蚀钢筋混凝土简支梁桥进行了有限元数值模拟。研究发现当钢筋锈蚀率增大到一定值后,混凝土强度的退化对受腐蚀简支梁的极限承载能力的影响几乎可以忽略,钢筋锈蚀率占主导作用,随钢筋锈蚀率的增加与混凝土强度减小,简支梁裂缝逐渐向跨中聚集,破坏将从延性转为向脆性。最后对在役钢筋混凝土桥梁抗震性能进行了初步研究,建立了有限元模型,对钢筋混凝土桥墩进行非线性静力推覆分析,结果表明:钢筋锈蚀将大大降低钢筋混凝土桥墩的抗震性能,甚至导致桥梁抗震性能失效;当钢筋锈蚀程度一定时,混凝土保护层剥落不同厚度对桥墩抗震性能有一定的降低作用;相对于混凝土保护层剥落厚度对桥墩抗震性能影响而言,钢筋锈蚀对桥墩的抗震性能劣化起主导作用,但混凝土保护层剥落将加速钢筋锈蚀,进一步降低桥墩承载力和延性。 2100433B
处于酸雨地区的钢筋混凝土桥梁在服役过程中不可避免地遭受酸雨的侵蚀、干湿交替影响及荷载的长期作用,造成材料、构件及结构发生损伤并逐步积累扩大,导致其抗震能力逐渐下降,存在着严重的工程隐患。因此确定酸雨地区在役钢筋混凝土桥梁的动力性能演化规律,预测其剩余寿命,合理评估其抗震性能的研究工作迫在眉睫。本课题旨在遵循材料-构件-结构的研究思路,并着眼于实际工程应用,将试验研究,理论分析及有限元数值模拟相结合。首先建立受酸雨腐蚀混凝土材料应变率相关的本构关系及锈蚀钢筋混凝土桥墩恢复力模型,其次通过酸雨侵蚀不同程度下桥墩受力过程的试验分析和破坏分析及结构模型数值仿真模拟,探讨在役钢筋混凝土简支梁桥在地震荷载作用下的损伤演变机理和失效模式,从而揭示酸雨环境下受损钢筋混凝土简支梁桥的抗震性能变化规律,并提出其抗震性能评估方法,为酸雨地区在役钢筋混凝土桥梁制定合理的维修加固决策提供依据。
我在青海,新疆,宁夏,山西,河北等地都修筑过桥梁。我做了多年的高速公路的项目经理。
桥主要由钢筋混凝土构成,由于你的问题较笼统,每座桥的结构设计混凝土配筋都不等,你需要知道混凝土方量跟钢筋用量,现给你个单价自己估算吧。混凝土按方量计算,综合单价按1300元一方计,钢筋按7000元一吨...
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不同墩高对钢筋混凝土桥梁抗震性能影响
采用MIDAS/Civil软件建立了云南湃街渡大桥的桥梁结构力学模型.对模型的自振特性和动力时程分析进行了研究,分析了不同墩高下桥梁结构振型特征和弹性时程分析,获得了刚构桥下不同桥墩高度的抗震性作用.研究结果表明墩高越高,则桥梁刚度下降,整体结构越柔软.在前十阶振型中,3个模型均以横弯为主,桥墩较高时易形成平面外弯曲变形;桥墩较低时更多的是表现出横弯和竖弯墩高的整体性改变,且Y方向最易出现失稳;顺桥向和竖向激励下,主梁弯矩随墩高的变化影响较小,而横向激励对主梁弯矩造成很大影响,墩高相同时,由于桥梁横向刚度小于纵向和竖向,因而受横向地震响应较大,是重点考虑区,而竖向地震激励作用更易增加结构的竖向位移和主梁的内力作用;桥梁地震内力最大值通常出现在墩底处,主梁内力最大值出现在中跨跨中或主梁根部.
不同墩高对钢筋混凝土桥梁抗震性能影响
采用MIDAS/Civil软件建立了云南湃街渡大桥的桥梁结构力学模型。对模型的自振特性和动力时程分析进行了研究,分析了不同墩高下桥梁结构振型特征和弹性时程分析,获得了刚构桥下不同桥墩高度的抗震性作用。研究结果表明:墩高越高,则桥梁刚度下降,整体结构越柔软。在前十阶振型中,3个模型均以横弯为主,桥墩较高时易形成平面外弯曲变形;桥墩较低时更多的是表现出横弯和竖弯墩高的整体性改变,且Y方向最易出现失稳;顺桥向和竖向激励下,主梁弯矩随墩高的变化影响较小,而横向激励对主梁弯矩造成很大影响,墩高相同时,由于桥梁横向刚度小于纵向和竖向,因而受横向地震响应较大,是重点考虑区,而竖向地震激励作用更易增加结构的竖向位移和主梁的内力作用;桥梁地震内力最大值通常出现在墩底处,主梁内力最大值出现在中跨跨中或主梁根部。
控制酸雨的根本措施是减少二氧化硫和氮氧化物的排放。
治理措施
世界上酸雨最严重的欧洲和北美许多国家在遭受多年的酸雨危害之后,终于都认识到,大气无国界,防治酸雨是一个国际性的环境问题,不能依靠一个国家单独解决,必须共同采取对策,减少硫氧化物和氮氧化物的排放量。经过多次协商,1979年11月在日内瓦举行的联合国欧洲经济委员会的环境部长会议上,通过了《控制长距离越境空气污染公约》,并于1983年生效。《公约》规定,到1993年底,缔约国必须把二氧化硫排放量削减为1980年排放量的70%。欧洲和北美(包括美国和加拿大)等32个国家都在公约上签了字。为了实现许诺,多数国家都已经采取了积极的对策,制订了减少致酸物排放量的法规。例如,美国的《酸雨法》规定,密西西比河以东地区,二氧化硫排放量要由1983年的2000万吨/年,经过10年减少到1000万吨/年;加拿大二氧化硫排放量由1983年的470万吨/年,到1994年减少到230万吨/年,等等。目前世界上减少二氧化硫排放量的主要措施有:
1、原煤脱硫技术,可以除去燃煤中大约40%一60%的无机硫。
2、优先使用低硫燃料,如含硫较低的低硫煤和天然气等。
3、改进燃煤技术,减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如,液态化燃煤技术是受到各国欢迎的新技术之一。它主要是利用加进石灰石和白云石,与二氧化硫发生反应,生成硫酸钙随灰渣排出。
4、对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫。目前主要用石灰法,可以除去烟气中85%一90%的二氧化硫气体。不过,脱硫效果虽好但十分费钱。例如,在火力发电厂安装烟气脱硫装置的费用,要达电厂总投资的25%之多。这也是治理酸雨的主要困难之一。
5.开发新能源,如太阳能,风能,核能,可燃冰等,但是目前技术不够成熟,如果使用会造成新污染,且消耗费用十分高.
酸雨是大气受污染的一种表现,因最早引起注意的是酸性的降雨,所以习惯上统称为酸雨。
纯净的雨雪在降落时,空气中的二氧化碳会溶入其中形成碳酸,因而具有一定的弱酸性。空气中的二氧化碳浓度一般约在316ppm左右,这时降水的pH值可达5.6。这是正常的现象,不是我们通常所说的酸雨。
我们所讲的酸雨是指由于人类活动的影响,使得pH值降低至5.6以下的酸性降水。随着近现代工业化的发展,这样的降水开始出现,并且逐年增多。它已经开始影响到人类赖以生存的环境,以及人类自己了。
古代的雨雪酸度没有记载,对大约180年前的格陵兰岛积冰的测定表明,那时降雪的pH值为6~7.6之间。
二十世纪50年代以前,世界上降水的pH值一般都大于5,少数工业区曾降酸雨。从60年代开始,随着工业的发展和矿物燃料消耗的增多,世界上一些工业发达地区(如北欧南部和北美东部)降水的pH值降到5以下,而且范围不断扩大,生态系统受到了明显的伤害。
1872年英国化学家史密斯在其《空气和降雨:化学气候学的开端》一书中首先使用了“酸雨”这一术语,指出降水的化学性质受到燃煤和有机物分解等因素的影响,也指出酸雨对植物和材料是有害的。
二十世纪50年代中期,美国水生生态学家戈勒姆进行了一系列研究工作,揭示了降水的酸度同湖水和土壤酸度之间的关系,并指出降水酸度是矿物燃料燃烧和金属冶炼排出的二氧化硫造成的。但是,他们的工作都没有引起人们的注意。
二十世纪60年代间,瑞典土壤学家奥登首先对湖沼学、农学和大气化学的有关记录进行了综合性研究,发现酸性降水是欧洲的一种大范围现象,降水和地面水的酸度正在不断升高,含硫和含氮的污染物在欧洲可以迁移上千公里。
1972年瑞典政府向联合国人类环境会议提出一份报告:《穿越国界的大气污染:大气和降水中的磕对环境的影响》。从此更多的国家关注酸雨这一问题,研究的规模也在不断扩大。
1975年5月,在美国俄亥俄州立大学举行了第一次国际酸性降水和森林生态系统讨论会。1982年6月在瑞典斯德哥尔摩召开了国际环境酸化会议,酸雨已成为当前全球性环境污染的主要问题之一。
酸雨的形成是一种复杂的大气化学和大气物理现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸,绝大部分是硫酸和硝酸,以硫酸为主。硫酸和硝酸是由人为排放的二氧化硫和氮氧化物转化而成的,可以是当地排放的,也可以是从远处迁移来的。
煤和石油燃烧以及金属冶炼等工业活动会释放二氧化硫到空气中,通过气相或液相氧化反应生成硫酸。同时高温燃烧会使空气中的氮气和氧气生成一氧化氮,其在大气中与氧继续作用,大部分转化成为二氧化氮,遇水或水蒸气就会生成硝酸和亚硝酸。
由于人类活动和自然过程,还有许多气态或固体物质进入大气,对酸雨的形成也产生影响。大气颗粒物中的铁、铜、镁等是成酸反应的催化剂。大气光化学反应生成的臭氧和过氧化氢等又是使二氧化硫氧化的氧化剂;飞灰中的氧化钙、土壤中的碳酸钙、天然和人为来源的氨,以及其他碱性物质又会与酸反应,而使酸中和。
降水的酸度实际上就是降水中的主要阴阳离子的干衡。当大气中二氧化硫和一氧化氮的浓度较高时,降水中就会表现为酸性;如果降水中代表碱性物质的几个主要阳高子浓度也较高时,降水就不会有很高的酸度,甚至可能呈现碱性。在碱性土壤地区,或大气中颗粒物浓度高时,往往出现这种情况。相反,即使大气中二氧化硫和一氧化氮浓度不高,而碱性物质相对更少时,则降水仍然会有较高的酸度。工业区的高大烟囱可把二氧化硫扩散到很远的地方,因而很多山区和荒野地带也降酸雨。
硫和氮是植物生长不可或缺的营养元素,弱酸性降水可溶解地壳中的矿物质,供动、植物吸收。但如果酸度过高,例如pH值降到5以下,就可能使生态系统遭受损害。
在土壤盐基饱和度低的地区或土层薄的岩石地区,酸性雨水降落地面后得不到中和,就会使土壤、湖泊、河流酸化。
当湖水或河水的pH值降到5以下时,流域内的土壤和水体底泥中的金属(例如铝)就会被溶解进入水中,毒害鱼类,使其繁殖和发育受到严重影响。水体酸化还会导致水生生物的组成结构发生变化,耐酸的藻类、真菌增多,而有根植物、细菌和无脊椎动物减少,有机物的分解率降低。因此,酸化的湖泊、河流中鱼类减少。瑞典和挪威南部以及美国东北部许多湖泊都已成为无鱼的死湖。
例如美国东部阿迪朗达克山区,海拔700米以上的湖泊,目前半数以上湖水pH值在5以下,90%已无鱼。而在1929~1937年间,只有4%的湖泊的pH值在5以下,或者是无鱼的。现在瑞典18000多个大中型湖泊已经酸化,其中约4000个酸化严重,水生生物受到很大伤害。
酸雨还会抑制土壤中有机物的分解和氮的固定,淋洗与土壤粒子结合的钙、镁、钾等营养元素,使土壤贫瘠化。
酸雨会伤害植物的新生芽叶,从而影响其发育生长;酸雨腐蚀建筑材料、金属结构、油漆等,古建筑、雕塑像也会受到损坏;作为水源的湖泊和地下水酸化后,由于金属的溶出,就会对饮用者的健康产生有害影响。
控制酸雨的根本措施是减少二氧化硫和一氧化氮的人为排放量。另外瑞典等国试验在已酸化的土壤和水体中施加碱性的石灰,在短期内也曾取得较好的效果
怎样减少酸雨?
酸雨是我们当今面临的、更为显着的空气质量问题之一。酸性物质以及导致形成酸性物质的化合物,是在燃烧矿物燃料来发电和提供运输时生成的。这些物质主要是从硫氧化物和氮氧化物衍生而成的酸。这些化合物也有一些天然来源,例如雷电、火山、生物物料燃烧和微生物活动,但除了罕见的火山爆发外,这些天然来源同来自汽车、电厂和冶炼厂的排放气相比,是相当小量的。
用以减少酸雨的各种战略对策,可能每年需要几十亿美元的投资。由于耗资如此巨大,所以,至关重要的是要很好地了解涉及污染物迁移、化学转化和归宿的大气过程。
酸沉降包括两部分,即“湿”降水(如雨和雪的形式)和干沉降(气溶胶或气态酸性化合物的形式沉降到诸如土壤颗粒、植物叶片等表面上)。以被沉降而告终的物质,往往以一种极其不同的化学形式进入大气。例如,煤中的硫被氧化成二氧化硫,这是它从烟囱排出的气态形式。随着它在大气中运动,便慢慢被氧化,并与水反应生成硫酸——这是它可能被沉降在下风向数百英里处的形式。
氮氧化物的生成、反应以及最终从大气中脱除所经历的路线也是非常复杂的。当氮气和氧气在发电厂、在民用炉灶和汽车发动机中的高温下加热时,生成一氧化氮(NO),再与氧化剂反应生成二氧化氮(NO2),最终生成硝酸(HNO3)。全球氮氧化物衡算——它们来自何方及它们去往何方的定量估计值仍然相当不确定。
可以容易地看到,在我们彻底了解各种不同化学形式的氮、硫和碳的生物地球化学循环以及这些化学物种的全球来源与归宿之前,将难以满怀信心地选择空气污染控制战略。大气化学和环境化学是实现一个更清洁、更有益健康的环境的核心。发展空气中痕量化学物种的可靠测定方法、重要大气反应的动力学、和发现可用以减少污染物排放的、新的、更有效的化学工艺,这些就是未来10年中必须受到国家承诺的目标。
本项目以滨海环境桥梁的桥墩为工程背景,通过理论、试验和数值模拟相结合的方法,探索在干湿循环和腐蚀环境长期影响下钢筋混凝土桥墩抗侧向冲击能力的退化及其计算。 通过制作8根混凝土墩柱试件进行通电加速腐蚀后拟静力加载试验,研究获得腐蚀钢筋混凝土墩柱承受不同形式荷载作用下的性能变化,分析研究初始损伤裂缝、混凝土强度、保护层厚度及钢筋直径对保护层内裂纹萌生、扩展及混凝土力学性能的影响。 用有限元软件Open Sees和DIANA分别对墩柱建立纤维模型单元和二维平面应力单元模型,用不同方法考虑钢筋腐蚀,分析获得钢筋腐蚀对钢筋混凝土墩柱滞回曲线,骨架曲线,耗能能力,延性,刚度退化,刚度退化等力学性能的影响。 通过以干湿循环和氯离子浓度为控制指标,基于试验研究干湿循环和腐蚀环境对混凝土材料性能的影响,并通过落锤冲击试验完成15根不同腐蚀状况的钢筋混凝土墩柱的抗侧向冲击性能的试验研究。 通过考虑混凝土墩柱的材料率效应,钢筋腐蚀力学性能退化,钢筋混凝土腐蚀粘结性能退化以及冲击侵彻性能,分析得到腐蚀钢筋混凝土墩柱的极限状态计算方法。 利用ANSYS/LS-DYNA对试验进行数值模拟,通过钢筋力学性能的退化模拟钢筋腐蚀作用,综合分析获得腐蚀率和不同腐蚀形式对钢混墩柱抗侧向冲击性能的影响。在此基础上进行拓展,分析支座形式、混凝土强度、主筋腐蚀率、撞击速度和次数以及撞击接触面结构形式等各个因素对其抗侧冲击性能的影响。 使用支持向量机方法对重复荷载下受腐蚀的钢筋混凝土构件的力学性能进行研究。获得了基于机理建模的分段型和整体型的回归公式以及基于黑箱建模的承载力预测模型以及最大裂纹宽度、跨中挠度和刚度的黑箱预报模型。使用支持向量机方法对受腐蚀钢筋混凝土柱的冲击性能进行了预报,包括单一通电加速和干湿循环锈蚀的锈蚀率预预测、冲击荷载下的钢筋应变和混凝土应变。 本项目研究获得干湿循环和氯离子腐蚀对钢筋混凝土桥墩抗侧向冲击性能的影响,建立干湿循环和腐蚀环境长期影响下钢筋混凝土桥墩抗侧向冲击动态极限承载力计算,为处于滨海环境遭撞击受损的钢筋混凝土桥墩剩余承载力评估以及新建桥墩设计提供参考。 2100433B
通过对受腐蚀钢筋混凝土结构疲劳性能和拟静力抗震性能的试验研究,提出钢筋混凝土结构腐蚀疲劳累积损伤模型、腐蚀条件下的恢复力模型腐蚀与地震共同作用下的累积损伤公式,以此模型为基础分析腐蚀条件下钢筋混凝土结构的动力响应,并提出相应的可靠度分析方法。研究成果可为腐蚀条件下钢筋混凝土结构的耐久性设计、评估和维修加固提供参考。 2100433B