本書以高速鐵路、公路和市政橋梁中最常見的混凝土箱梁為研究對象，考慮箱梁受環(huán)境腐蝕和使用荷載下應(yīng)力狀態(tài)的多維性特征，針對混凝土箱梁服役中最易出現(xiàn)的碳化和氯離子侵蝕問題，通過室內(nèi)加速劣化試驗、現(xiàn)場暴露試驗、非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散理論、元胞自動機(jī)模型及分線性有限元分析方法，建立混凝土箱梁基于空間多維特性的劣化預(yù)測模型及非線性時變力學(xué)分析方法，分析混凝土箱梁在荷載與碳化及氯離子侵蝕共同作用下的多維劣化機(jī)制，提出了混凝土箱梁基于多維受力和侵蝕特性的壽命預(yù)測及耐久性設(shè)計方法。
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2005.9-2011.6 蘭州交通大學(xué) 橋梁與隧道工程 博士
2000.9-2003.6 蘭州交通大學(xué) 橋梁與隧道工程 碩士
1995.9-1999.6 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 建筑工程 學(xué)士2005.12-2009.08，蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院講師
2009.09-2011.08，蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院副教授（破格）
2011.09-至今，蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院教授（破格）
2012.06-2018.06，蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院副院長
2015.12-至今，蘭州交通大學(xué)博士生導(dǎo)師
2018.06-2019.08，蘭州交通大學(xué)研究院常務(wù)副院長
2019.09-2021.07，蘭州交通大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院院長
2021.07-至今， 蘭州交通大學(xué)科學(xué)技術(shù)處處長 [2]
現(xiàn)任蘭州交通大學(xué)學(xué)科規(guī)劃與建設(shè)處處長橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計理論及應(yīng)用、橋梁結(jié)構(gòu)耐久性甘肅省首批“飛天學(xué)者”特聘教授，甘肅省科技領(lǐng)軍人才，甘肅省雙一流優(yōu)勢學(xué)科土木工程學(xué)科帶頭人，全國五一勞動獎?wù)�、詹天佑鐵道科學(xué)技術(shù)獎、茅以升科學(xué)技術(shù)獎（鐵道科學(xué)技術(shù)獎）、甘肅省五一勞動獎?wù)�、甘肅省高校青年教師成才獎和甘肅省杰出青年基金獲得者，教育部“長江學(xué)者與創(chuàng)新團(tuán)隊發(fā)展計劃”創(chuàng)新團(tuán)隊核心成員，甘肅省基礎(chǔ)研究創(chuàng)新群體帶頭人，甘肅省隴原青年創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊帶頭人，蘭州交通大學(xué)學(xué)科規(guī)劃與建設(shè)處處長。兼任中國土木工程學(xué)會橋梁與結(jié)構(gòu)工程分會理事，甘肅省土木建筑學(xué)會副理事長，《鐵道學(xué)報》編委，教育部高等學(xué)校土木工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會委員，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部高等教育土木工程專業(yè)評估委員會委員，中國工程教育專業(yè)認(rèn)證專家委員會委員。
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 混凝土箱梁橋的發(fā)展動態(tài) 1
1.2 混凝土箱梁空間力學(xué)行為研究現(xiàn)狀 2
1.3 混凝土箱梁橋的耐久性研究現(xiàn)狀 3
1.3.1 環(huán)境因素作用下混凝土耐久性研究現(xiàn)狀 3
1.3.2 環(huán)境與荷載耦合作用下混凝土耐久性研究現(xiàn)狀 4
1.4 混凝土橋梁耐久性壽命預(yù)測與提升技術(shù)研究進(jìn)展 5
參考文獻(xiàn) 7
第2章 基于空間構(gòu)造特性的混凝土箱梁力學(xué)行為分析 13
2.1 基于空間構(gòu)造的箱梁力學(xué)特征 13
2.1.1 箱梁結(jié)構(gòu)的特點 13
2.1.2 箱梁結(jié)構(gòu)的空間形變及其耦合 14
2.2 混凝土箱梁的剪力滯效應(yīng)分析 16
2.2.1 混凝土箱梁剪力滯的基本概念 16
2.2.2 混凝土箱梁剪力滯效應(yīng)分析的變分法 18
2.2.3 混凝土箱梁剪力滯效應(yīng)分析的有限梁段法 36
2.2.4 混凝土箱梁剪力滯效應(yīng)分析的梁條模型 40
2.3 箱梁約束扭轉(zhuǎn)基本理論 49
2.3.1 箱梁約束扭轉(zhuǎn)微分方程的建立 50
2.3.2 基于初參數(shù)法的箱梁約束扭轉(zhuǎn)微分方程的求解 53
2.3.3 箱梁約束扭轉(zhuǎn)算例分析 54
2.4 混凝土箱梁畸變效應(yīng)分析 56
2.4.1 箱梁畸變微分方程的建立 56
2.4.2 基于初參數(shù)法的箱梁畸變微分方程的求解 59
2.4.3 時速250km鐵路雙線箱梁畸變效應(yīng)分析 61
2.5 多室箱梁在豎向?qū)ΨQ荷載下的局部扭轉(zhuǎn)效應(yīng)分析 63
2.5.1 多室箱梁對稱彎曲時的彎扭組合受力模式 63
2.5.2 多室箱梁對稱彎曲時的局部扭轉(zhuǎn)荷載分析 65
2.5.3 單箱雙室簡支箱梁的局部扭轉(zhuǎn)試驗 72
2.5.4 局部扭轉(zhuǎn)試驗結(jié)果及其分析 75
2.6 本章小結(jié) 80
參考文獻(xiàn) 81
第3章 基于空間多維侵蝕特性的混凝土箱梁碳化機(jī)理 84
3.1 混凝土碳化的基本理論 84
3.1.1 混凝土碳化機(jī)理 84
3.1.2 碳化控制微分方程 85
3.1.3 混凝土碳化模型 87
3.2 基于大樣本多元非線性回歸分析的混凝土箱梁碳化預(yù)測模型 89
3.2.1 不同濕度區(qū)間對應(yīng)的碳化系數(shù)表達(dá)式建立 89
3.2.2 回歸分析結(jié)果及碳化定量分析 92
3.2.3 考慮多維侵蝕的碳化修正公式 94
3.2.4 模型驗證 95
3.3 混凝土箱梁碳化試驗 97
3.3.1 試驗?zāi)Ｐ椭谱?97
3.3.2 快速碳化試驗 98
3.3.3 結(jié)果整理與分析 100
3.4 基于熱傳導(dǎo)理論的碳化數(shù)值模擬 103
3.4.1 ANSYS熱分析過程的基礎(chǔ)理論 103
3.4.2 碳化與熱傳導(dǎo)過程的相似性分析 105
3.4.3 基于熱傳導(dǎo)理論的混凝土箱梁碳化模擬 105
3.4.4 混凝土箱梁數(shù)值模擬結(jié)果 108
3.5 本章小結(jié) 110
參考文獻(xiàn) 110
第4章 基于空間多維侵蝕特性的混凝土箱梁受氯離子侵蝕機(jī)理 114
4.1 氯離子在混凝土中的傳輸機(jī)理 114
4.1.1 混凝土中氯離子傳輸過程 114
4.1.2 氯離子在混凝土中的傳輸過程分析 115
4.2 氯離子在混凝土中的擴(kuò)散模型 120
4.2.1 一維氯離子擴(kuò)散模型 120
4.2.2 二維氯離子擴(kuò)散模型 121
4.2.3 三維氯離子擴(kuò)散模型 123
4.3 影響混凝土中氯離子傳輸?shù)闹饕蛩?126
4.3.1 水灰比對氯離子擴(kuò)散效應(yīng)的影響 127
4.3.2 時間依賴性參數(shù)對氯離子擴(kuò)散效應(yīng)的影響 128
4.3.3 混凝土結(jié)合能力對氯離子擴(kuò)散效應(yīng)的影響 129
4.3.4 外界環(huán)境溫度對氯離子擴(kuò)散效應(yīng)的影響 131
4.3.5 保護(hù)層厚度對氯離子擴(kuò)散效應(yīng)的影響 132
4.4 混凝土箱梁中氯離子擴(kuò)散CA模型 133
4.4.1 CA理論基礎(chǔ) 133
4.4.2 一維氯離子擴(kuò)散CA模型 137
4.4.3 二維氯離子擴(kuò)散CA模型 142
4.4.4 三維氯離子擴(kuò)散CA模型 146
4.5 混凝土受氯離子多維侵蝕試驗與模型驗證 151
4.5.1 試驗材料與方案設(shè)計 151
4.5.2 一維氯離子侵蝕試驗結(jié)果分析與模型驗證 153
4.5.3 二維氯離子侵蝕試驗結(jié)果分析與模型驗證 156
4.5.4 三維氯離子侵蝕試驗結(jié)果分析與模型驗證 159
4.6 基于CA模型的混凝土箱梁受氯離子侵蝕過程分析 162
4.6.1 工程概況 162
4.6.2 結(jié)果分析與討論 163
4.7 本章小結(jié) 165
參考文獻(xiàn) 166
第5章 荷載與碳化耦合作用下混凝土箱梁劣化機(jī)理 170
5.1 彎曲荷載與碳化耦合作用下混凝土箱梁試驗 170
5.1.1 試驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計與制作 170
5.1.2 彎曲加載裝置及加載方式 171
5.1.3 加載過程與應(yīng)變采集 172
5.1.4 試驗結(jié)果與分析 175
5.2 荷載與碳化耦合作用下混凝土箱梁耐久性數(shù)值模擬 178
5.2.1 基于熱傳導(dǎo)理論的持荷混凝土箱梁的碳化數(shù)值模型建立 178
5.2.2 持荷混凝土箱梁數(shù)值模擬結(jié)果 178
5.3 基于大樣本統(tǒng)計的持荷混凝土箱梁碳化預(yù)測模型 181
5.3.1 模型的建立 181
5.3.2 碳化預(yù)測模型驗證 182
5.4 荷載與碳化耦合作用下混凝土碳化CA模型 183
5.4.1 多因素耦合作用下混凝土碳化CA模型的建立 183
5.4.2 模型計算參數(shù)的確定 186
5.4.3 CA模型計算流程 187
5.4.4 算例分析 187
5.5 本章小結(jié) 189
參考文獻(xiàn) 190
第6章 荷載與氯離子侵蝕耦合作用下混凝土箱梁劣化機(jī)理 192
6.1 彎曲荷載與氯離子侵蝕耦合作用下混凝土箱梁試驗 192
6.1.1 試驗方案設(shè)計 192
6.1.2 試驗梁加載裝置 193
6.1.3 氯離子侵蝕試驗 193
6.1.4 試驗結(jié)果與分析 194
6.2 環(huán)境與荷載耦合作用下混凝土中多維氯離子擴(kuò)散預(yù)測模型 197
6.2.1 模型的建立 197
6.2.2 模型試驗驗證 198
6.3 環(huán)境與荷載耦合作用下混凝土受多維氯離子侵蝕CA模型 200
6.3.1 CA模型的建立 200
6.3.2 CA模型計算流程 200
6.3.3 算例分析與模型驗證 201
6.4 荷載與氯離子侵蝕耦合作用下混凝土箱梁劣化過程模擬 206
6.4.1 混凝土箱梁概述 206
6.4.2 箱梁有限元模型 206
6.4.3 氯離子擴(kuò)散效應(yīng)分析 208
6.5 環(huán)境與氯離子侵蝕耦合作用下混凝土箱梁力學(xué)行為分析 211
6.5.1 試驗方案設(shè)計 211
6.5.2 試驗過程 212
6.5.3 試驗結(jié)果分析 213
6.6 本章小結(jié) 215
參考文獻(xiàn) 216
第7章 荷載與碳化及氯離子侵蝕耦合作用下混凝土箱梁劣化機(jī)理 218
7.1 荷載與碳化及氯離子侵蝕耦合作用下混凝土箱梁試驗 218
7.1.1 試驗方案及模型設(shè)計 218
7.1.2 試驗過程 219
7.1.3 試驗結(jié)果 220
7.2 荷載與碳化及氯離子侵蝕耦合作用下混凝土中氯離子濃度
預(yù)測模型 224
7.2.1 模型的建立 224
7.2.2 考慮荷載和多維侵蝕的模型修正 226
7.2.3 模型驗證 227
7.3 荷載與碳化及氯離子耦合作用下混凝土中物質(zhì)傳輸數(shù)值模型 228
7.3.1 考慮混凝土中物質(zhì)傳輸?shù)腃A模型 228
7.3.2 物質(zhì)擴(kuò)散參數(shù)確定 230
7.3.3 計算流程 231
7.3.4 模型驗證 232
7.4 既有預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁碳化和受氯離子侵蝕耦合效應(yīng)分析 233
7.4.1 工程概述 233
7.4.2 既有箱梁結(jié)構(gòu)耐久性服役狀態(tài)評估 234
7.4.3 CA模型模擬結(jié)果與實測結(jié)果的對比分析 236
7.5 本章小結(jié) 238
參考文獻(xiàn) 238
第8章 考慮荷載與環(huán)境劣化的混凝土箱梁壽命預(yù)測與耐久性設(shè)計 240
8.1 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計理論與壽命預(yù)測方法 240
8.1.1 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計理論 240
8.1.2 結(jié)構(gòu)可靠度的一般計算 242
8.1.3 結(jié)構(gòu)耐久性使用壽命預(yù)測方法及確定準(zhǔn)則 243
8.2 混凝土箱梁基于多維劣化的耐久性分區(qū)設(shè)計方法 245
8.2.1 混凝土箱梁碳化及受氯離子多維侵蝕特性 245
8.2.2 混凝土箱梁耐久性分區(qū)設(shè)計方法的建立 246
8.3 基于確定性指標(biāo)的混凝土箱梁使用壽命預(yù)測 248
8.3.1 基于確定性指標(biāo)的混凝土箱梁的碳化使用壽命預(yù)測 248
8.3.2 基于確定性指標(biāo)的混凝土箱梁的氯離子侵蝕壽命預(yù)測 249
8.3.3 基于確定性指標(biāo)的混凝土箱梁的承載力壽命預(yù)測 249
8.3.4 算例分析 251
8.4 基于可靠性指標(biāo)的混凝土箱梁使用壽命預(yù)測 253
8.4.1 基于可靠性指標(biāo)的混凝土箱梁碳化使用壽命預(yù)測 253
8.4.2 基于可靠性指標(biāo)的混凝土箱梁的氯離子侵蝕壽命預(yù)測 254
8.4.3 基于可靠性指標(biāo)的混凝土箱梁的承載力壽命預(yù)測 255
8.5 基于可靠性指標(biāo)的混凝土箱梁保護(hù)層厚度設(shè)計 256
8.5.1 基于可靠度的混凝土抗壓強(qiáng)度計算 256
8.5.2 基于碳化可靠性指標(biāo)的混凝土箱梁保護(hù)層厚度分區(qū)設(shè)計 257
8.5.3 基于承載力可靠性指標(biāo)的混凝土箱梁保護(hù)層厚度分區(qū)設(shè)計 262
8.6 氯離子及碳化作用下混凝土箱梁保護(hù)層厚度建議取值 270
8.6.1 混凝土保護(hù)層厚度對鋼筋初銹時間的影響 270
8.6.2 保護(hù)層厚度的分區(qū)建議取值 271
8.7 本章小結(jié) 271
參考文獻(xiàn) 272
第9章 混凝土箱梁加固與耐久性提升技術(shù) 275
9.1 混凝土箱梁結(jié)構(gòu)加固技術(shù) 275
9.1.1 碳纖維加固 275
9.1.2 粘貼鋼板加固 279
9.1.3 增大截面加固 284
9.1.4 體外預(yù)應(yīng)力加固 287
9.2 提升混凝土箱梁耐久性的基本措施 291
9.2.1 考慮耐久性要求的混凝土原材料選擇原則 291
9.2.2 考慮耐久性要求的混凝土配合比設(shè)計 295
9.2.3 混凝土箱梁耐久性設(shè)計與應(yīng)用案例 296
9.3 提升混凝土箱梁耐久性的附加措施 299
9.3.1 陰極保護(hù) 300
9.3.2 特殊鋼筋 300
9.3.3 混凝土表面涂層和防腐蝕面層 302
9.4 本章小結(jié) 306
參考文獻(xiàn) 307
附錄A 梁體及墩身碳化可靠度程序 312
附錄B 考慮碳化與荷載及氯離子侵蝕的正截面抗彎承載力可靠度程序 314
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