外文翻譯譯文-關于海洋環(huán)境下結構持久性的基本性能仿真模擬

附件 1：外文資料翻譯譯文 關于海洋環(huán)境下結構持久性的基本性能仿真模擬 Swatekititharm 摘要 設計中考慮持久性對材料優(yōu)化和全壽命周期內的總成本管理是非常重要。 基本性能仿真模擬和設計有利于預測惡劣環(huán)境下結構的壽命?；趥鹘y(tǒng)的設計概 念，持久性依賴于實踐經驗，但并不是一種預測結構真實壽命的精確方法。因此， 基本性能仿真模型是一個能解決持久性和壽命周期費用最小化的方法。文章中介 紹了在海洋環(huán)境下的橋梁結構的基本性能仿真模型。本文研究目標是考慮建筑所 在地的各種自然條件，如風，浪，防浪堤和材料強度等因素后預測結構的真實壽 命。 關鍵詞 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 在現代土木工程界中基礎設施的設計和施工中考慮耐久性已成為重要內容， 21世紀，根據（Daratech 公司2001年）的調查數據，超過一成的國內生產總值 （GDP）用于建筑的加固和拆除。在過去，結構設計目標是設計建筑物在整個使用 壽命內的維持。在未來，持久性發(fā)展直接關注建筑的全壽命，是為了預測全球范 圍內建筑產業(yè)中的全部消耗。結構設計必須包括高效率，經濟性和美觀，這些都 應結合環(huán)境的影響予以考慮。設計者可以使用他們的要求來尋找新的設計方案。 傳統(tǒng)的設計方法在材料的減少和經濟資產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測結構全壽命和現存橋梁結構評估的新方法。在環(huán)境作 用下基本性能的仿真模擬已經進入了物理持久性和化學持久性的領域。物理持久 性包括蠕變收縮，凍融，疲勞等?；瘜W持久性包括氯化物，硫酸鹽，酸，生化物 質，碳化，堿等反應。為了獲得耐久性將經濟指數，環(huán)境作用，材料使用和維護 方法與基本性能仿真模擬相關聯(lián)以評估在任何產量變化下結構的適用，如圖2所示。 圖1 目前的設計情況和結構持久性水平 圖2 在持久性設計中參數的結構圖解 在這一建議中主要模擬海洋環(huán)境中結構的氯鹽侵蝕。這樣做的目的是通過 考慮環(huán)境對結構布局和材料強度的作用來預測結構的可用性。 2 氯鹽侵蝕下的基本性能模擬 壽命仿真模擬對于預測結構的劣化和損害程度是必要的。氯鹽侵蝕下結構的 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中所給出的四個極限狀態(tài)指標限制了適用等級，結構強度等級，耐久性等 級和發(fā)生致命事故概率級別的性能水平。表示結構破壞水平的時間指標t 2到t 4的取 值可以假定為t 1的功能函數，如下： （1）24124;.0,32.itatand 在各種環(huán)境影響下 的計算是這個分析中最復雜的部分。如果 t1已知，可以計 算出破壞水平指標。這篇論文的目的是用計算系統(tǒng)獲得時間 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，風速，風向和防浪堤 四個主要參數對氣態(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 量較大，在較高層數量減少。正確的方法是通過冪函數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） sinco41023bHU （4） 03 NaclNaclC （5） 其中，h air 是從地面算起的高度（米） 。U 是海邊平均風速。a 是顆粒的擴散系 數。b 為地面液滴滴量；f( U3 ,Hb2)。H b是由公式3-4波的傳播計算的防浪堤高度（m ） 。 是防浪堤水平傾斜角。r 是標準鹽濃度與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。a 2是由于防浪堤而產生的最大高度倍增系數，a 3是海 岸特征系數。系數 a1到 a3與海岸周圍的環(huán)境有關。如果風向從海邊運輸氣溶膠粒 子，r wind 是1.0 否則為0。 圖4 對受氯鹽侵蝕結構的全壽命系統(tǒng)模擬模型 2.2 氣溶膠氯化物的傳遞 假設飛沫粒徑分布在1-300微米范圍內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)關系。則在二維空間自由運動的質量守恒方程見6-8。 2, irhdeyirhdrhd WDXWU （6） 43105iedyD （7） irhdxh0., （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 。在整個模擬過程中 u 和 v 可以簡單地假定為一個恒定值，因此 斯托克的流體運動規(guī)律可以作為很好的運用。D ddy為旋渦湍流的渦擴散系數(dm 2/s)。 di是氣溶膠顆粒直徑（m） 。w h.x 是運輸到了距離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 結構構件表面的氣溶膠氯化物隨時間變化滲入混凝土的規(guī)律依據菲克第二擴 散定律用公式9-12表示： xFtCtxfre, （9） dCDtixfretfredtx , （10） () 1285.,sintdporeSa （11） tCFfre0,0, （12） 其中，C free(x.t)是距離 x 和在 t 時刻內的自由氯離子濃度（mol/l） 。F(x.t)是自由 氯化物流量。D (t)是自由氯化物擴散系數（ cm2/day） 。D d是在水中氯離子擴散系數 （=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 Maruya 等人的模型可以計算出自由氯離子的濃度。 3 混凝土中氯離子濃度的計算實例 圖5 在四個惡化階段中四個實例的全壽命模擬 對四個壽命仿真實例的四個階段的比較。在混凝土深度范圍內， pore和 S 的設 置為一個常量，相當于水灰比分別為0.4和0.6 時， pore和 S 分別為0.225/0.6 ,0.329/0.60 ?；炷帘砻媛葰馊苣z通常設置為0.02mg/ dm2/hr。上述計算在雨天和 晴天之比為1：10的交替循環(huán)作用中考慮雨天所產生的影響，計算中表面溶解度參 量在干濕循環(huán)中建議采用1.9 10-6mol/(1.day)。這個模擬忽視了大量氯離子在重力 水運動時的水平對流運動。模擬結果如圖5所示。 4 結論 對于獲得海洋環(huán)境下的橋梁結構的耐久性，考慮環(huán)境情況，如風力，海浪， 防浪坡，雨水，包括結構材料強度后，對橋梁結構在氯鹽侵蝕下的基本性能仿真 模擬是非常重要的。