外文翻譯譯文-關(guān)于海洋環(huán)境下結(jié)構(gòu)持久性的基本性能仿真模擬

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附件 1：外文資料翻譯譯文 關(guān)于海洋環(huán)境下結(jié)構(gòu)持久性的基本性能仿真模擬 Swatekititharm 摘要 設(shè)計(jì)中考慮持久性對(duì)材料優(yōu)化和全壽命周期內(nèi)的總成本管理是非常重要。 基本性能仿真模擬和設(shè)計(jì)有利于預(yù)測(cè)惡劣環(huán)境下結(jié)構(gòu)的壽命。基于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)概 念，持久性依賴于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但并不是一種預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)真實(shí)壽命的精確方法。因此， 基本性能仿真模型是一個(gè)能解決持久性和壽命周期費(fèi)用最小化的方法。文章中介 紹了在海洋環(huán)境下的橋梁結(jié)構(gòu)的基本性能仿真模型。本文研究目標(biāo)是考慮建筑所 在地的各種自然條件，如風(fēng)，浪，防浪堤和材料強(qiáng)度等因素后預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的真實(shí)壽 命。 關(guān)鍵詞 基本性能仿真模型 氯鹽侵蝕 海洋環(huán)境 可用性 惡化水平 壽 命周期成本 1 引言 在現(xiàn)代土木工程界中基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)和施工中考慮耐久性已成為重要內(nèi)容， 21世紀(jì)，根據(jù)（Daratech 公司2001年）的調(diào)查數(shù)據(jù)，超過一成的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值 （GDP）用于建筑的加固和拆除。在過去，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)建筑物在整個(gè)使用 壽命內(nèi)的維持。在未來，持久性發(fā)展直接關(guān)注建筑的全壽命，是為了預(yù)測(cè)全球范 圍內(nèi)建筑產(chǎn)業(yè)中的全部消耗。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須包括高效率，經(jīng)濟(jì)性和美觀，這些都 應(yīng)結(jié)合環(huán)境的影響予以考慮。設(shè)計(jì)者可以使用他們的要求來尋找新的設(shè)計(jì)方案。 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法在材料的減少和經(jīng)濟(jì)資產(chǎn)的管理問題上并不適用，如圖1所示。基 本性能仿真模擬是一種預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)全壽命和現(xiàn)存橋梁結(jié)構(gòu)評(píng)估的新方法。在環(huán)境作 用下基本性能的仿真模擬已經(jīng)進(jìn)入了物理持久性和化學(xué)持久性的領(lǐng)域。物理持久 性包括蠕變收縮，凍融，疲勞等?；瘜W(xué)持久性包括氯化物，硫酸鹽，酸，生化物 質(zhì)，碳化，堿等反應(yīng)。為了獲得耐久性將經(jīng)濟(jì)指數(shù)，環(huán)境作用，材料使用和維護(hù) 方法與基本性能仿真模擬相關(guān)聯(lián)以評(píng)估在任何產(chǎn)量變化下結(jié)構(gòu)的適用，如圖2所示。 圖1 目前的設(shè)計(jì)情況和結(jié)構(gòu)持久性水平 圖2 在持久性設(shè)計(jì)中參數(shù)的結(jié)構(gòu)圖解 在這一建議中主要模擬海洋環(huán)境中結(jié)構(gòu)的氯鹽侵蝕。這樣做的目的是通過 考慮環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)布局和材料強(qiáng)度的作用來預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的可用性。 2 氯鹽侵蝕下的基本性能模擬 壽命仿真模擬對(duì)于預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的劣化和損害程度是必要的。氯鹽侵蝕下結(jié)構(gòu)的 極限狀態(tài)分類如下： 極限狀態(tài)1：鋼筋開始發(fā)生腐蝕 極限狀態(tài)2：開裂 極限狀態(tài)3：混凝土表層脫落 極限狀態(tài)4：承載力不足 圖3 破壞演變的圖解 圖3中所給出的四個(gè)極限狀態(tài)指標(biāo)限制了適用等級(jí)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等級(jí)，耐久性等 級(jí)和發(fā)生致命事故概率級(jí)別的性能水平。表示結(jié)構(gòu)破壞水平的時(shí)間指標(biāo)t 2到t 4的取 值可以假定為t 1的功能函數(shù)，如下： （1）24124~;.0,32.itatand??? 在各種環(huán)境影響下 的計(jì)算是這個(gè)分析中最復(fù)雜的部分。如果 t1已知，可以計(jì) 算出破壞水平指標(biāo)。這篇論文的目的是用計(jì)算系統(tǒng)獲得時(shí)間 t1，就是在圖4中所示 的方法，由氯化物分別形成，傳遞，侵蝕組成的。 2.1 形成氣溶膠氯化物 系統(tǒng)模擬的第一步以形成的氣溶膠氯化物開始。波浪，風(fēng)速，風(fēng)向和防浪堤 四個(gè)主要參數(shù)對(duì)氣態(tài)氯化物的比重有很大的影響。處于低層生成的氣態(tài)氯化物數(shù) 量較大，在較高層數(shù)量減少。正確的方法是通過冪函數(shù)給出在空氣中氯化物氣溶 膠的分布。 ????wind airihbW???? （2） 惡化程度 承載力不足 混凝土表層脫落 開裂 鋼筋開始腐蝕 5.3 2ba??? （3） ???sinco41023????????bHU （4） 03 NaclNaclC?? （5） 其中，h air 是從地面算起的高度（米） 。U 是海邊平均風(fēng)速。a 是顆粒的擴(kuò)散系 數(shù)。b 為地面液滴滴量；f( U3 ,Hb2)。H b是由公式3-4波的傳播計(jì)算的防浪堤高度（m ） 。? 是防浪堤水平傾斜角。r 是標(biāo)準(zhǔn)鹽濃度與3％鹽濃度的比值。 CNacl是臨近海邊的海 鹽濃度。a 1是功能高度系數(shù)。a 2是由于防浪堤而產(chǎn)生的最大高度倍增系數(shù)，a 3是海 岸特征系數(shù)。系數(shù) a1到 a3與海岸周圍的環(huán)境有關(guān)。如果風(fēng)向從海邊運(yùn)輸氣溶膠粒 子，r wind 是1.0 否則為0。 圖4 對(duì)受氯鹽侵蝕結(jié)構(gòu)的全壽命系統(tǒng)模擬模型 2.2 氣溶膠氯化物的傳遞 假設(shè)飛沫粒徑分布在1-300微米范圍內(nèi)的顆粒為在海邊形成的全部的氣溶膠氯 化物，且其分布遵循半循環(huán)關(guān)系。則在二維空間自由運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量守恒方程見6-8。 2,,, irhdeyirhdrhd WDXWU????? （6） ?? 43105iedyD??? （7） irhdxh?0., （8） 其中，w d,h,x 是距一定高度和距離的單顆氣溶膠氯化物的重量（ug/ m2/sec） 。v 是極限速度[2,4,6] 。在整個(gè)模擬過程中 u 和 v 可以簡(jiǎn)單地假定為一個(gè)恒定值，因此 斯托克的流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以作為很好的運(yùn)用。D ddy為旋渦湍流的渦擴(kuò)散系數(shù)(dm 2/s)。 di是氣溶膠顆粒直徑（m） 。w h.x 是運(yùn)輸?shù)搅司嚯x海邊一定的高度和距離的氣溶膠 氯化物總重量（ug/m 2/sec） 。 2.3 侵入混凝土中氣溶膠氯化物 結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面的氣溶膠氯化物隨時(shí)間變化滲入混凝土的規(guī)律依據(jù)菲克第二擴(kuò) 散定律用公式9-12表示： ????xFtCtxfre??,, （9） ??????????????dCDtixfretfredtx ,,, （10） () 1285.,sintdporeSa??????????????? （11） ????tCFfre??0,0, （12） 其中，C free(x.t)是距離 x 和在 t 時(shí)刻內(nèi)的自由氯離子濃度（mol/l） 。F(x.t)是自由 氯化物流量。D (t)是自由氯化物擴(kuò)散系數(shù)（ cm2/day） 。D d是在水中氯離子擴(kuò)散系數(shù) （=0.0259cm 2/day） 。 pore?是混凝土單元中孔隙比。S 為飽和度（飽和孔隙= 1.0） 。 Tk是混凝土開爾文溫度。 F(0.0)是通過氣溶膠或雨水溶解在混凝土表面的氯化物量。 根據(jù) Maruya 等人的模型可以計(jì)算出自由氯離子的濃度。 3 混凝土中氯離子濃度的計(jì)算實(shí)例 圖5 在四個(gè)惡化階段中四個(gè)實(shí)例的全壽命模擬 對(duì)四個(gè)壽命仿真實(shí)例的四個(gè)階段的比較。在混凝土深度范圍內(nèi)， pore?和 S 的設(shè) 置為一個(gè)常量，相當(dāng)于水灰比分別為0.4和0.6 時(shí)， pore和 S 分別為0.225/0.6 ,0.329/0.60 ?；炷帘砻媛葰馊苣z通常設(shè)置為0.02mg/ dm2/hr。上述計(jì)算在雨天和 晴天之比為1：10的交替循環(huán)作用中考慮雨天所產(chǎn)生的影響，計(jì)算中表面溶解度參 量在干濕循環(huán)中建議采用1.9 ?10-6mol/(1.day)。這個(gè)模擬忽視了大量氯離子在重力 水運(yùn)動(dòng)時(shí)的水平對(duì)流運(yùn)動(dòng)。模擬結(jié)果如圖5所示。 4 結(jié)論 對(duì)于獲得海洋環(huán)境下的橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，考慮環(huán)境情況，如風(fēng)力，海浪， 防浪坡，雨水，包括結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度后，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)在氯鹽侵蝕下的基本性能仿真 模擬是非常重要的。