[发明专利]一种长大公路隧道衬砌结构碳化寿命预测方法

说明书

本发明公开了一种长大公路隧道衬砌结构碳化寿命预测方法，基于相似理论建立现场自然碳化深度预测模型；结合现场自然碳化深度预测模型、混凝土碳化残量随机模型以及现场衬砌保护层厚度建立衬砌结构碳化的极限状态方程；根据极限状态方程生成衬砌结构的可靠度目标函数；以衬砌结构碳化寿命失效概率和可靠度标准范围为约束条件，优化可靠度目标函数，得到最优可靠度指标；根据最优可靠度指标确定衬砌结构的第一碳化寿命；将第一碳化寿命和第二碳化寿命比较，确定衬砌结构的最终碳化寿命；其中，第二碳化寿命为采用混凝土耐久性评定标准法得到的衬砌结构碳化寿命；本发明将室内快速试验环境和实际工程环境相联系，提高了预测结果的准确性。

技术领域

本发明属于隧道衬砌结构耐久性预测技术领域，尤其涉及一种长大公路隧道衬砌结构碳化寿命预测方法。

背景技术

对于长大公路隧道而言，衬砌结构内侧由于洞内汽车尾气排放的CO₂和CO渗入引起混凝土碳化，将会导致隧道衬砌结构内侧混凝土开裂、剥落，影响结构的使用寿命。混凝土碳化已公认是衬砌混凝土结构中钢筋锈蚀的前提条件，而钢筋锈蚀是造成衬砌混凝土结构耐久性损伤的最主要因素。

目前，碳化服役寿命预测的方法主要有是基于室内快速试验的预测方法，该方法通常采用加速试验，如高CO₂浓度碳化试验及钢筋电化学加速试验等，利用室内加速试验可解决预测服役寿命的数学模型参数的选取，但由于室内快速试验的试验环境与实际工程环境不完全一致，因此，导致了该方法难以保证预测结果的准确性。

发明内容

本发明的目的是提供一种长大公路隧道衬砌结构碳化寿命预测方法，将室内快速试验环境和实际工程环境相联系，提高了预测结果的准确性。

本发明采用以下技术方案：一种长大公路隧道衬砌结构碳化寿命预测方法，包括以下步骤：

基于相似理论建立现场自然碳化深度预测模型；

结合现场自然碳化深度预测模型、混凝土碳化残量随机模型以及现场衬砌保护层厚度建立衬砌结构碳化的极限状态方程；其中，以衬砌结构内侧钢筋开始锈蚀时间为衬砌结构碳化的极限状态；

根据极限状态方程生成衬砌结构的可靠度目标函数；

以衬砌结构碳化寿命失效概率和可靠度标准范围为约束条件，优化可靠度目标函数，得到最优可靠度指标；

根据最优可靠度指标确定衬砌结构的第一碳化寿命；

将第一碳化寿命和第二碳化寿命比较，确定衬砌结构的最终碳化寿命；其中，第二碳化寿命为采用混凝土耐久性评定标准法得到的衬砌结构碳化寿命。

进一步地，现场自然碳化深度预测模型具体为：

其中，X_p为现场隧道衬砌结构碳化深度，C_p为现场隧道衬砌结构表面的CO₂平均浓度，C_m为室内快速碳化试验模型表面的CO₂平均浓度，λ_t为时间比尺，X_m室内快速碳化试验模型快速碳化深度，t_p为现场隧道衬砌机构的碳化时间，单位为年，t_m为室内快速碳化试验模型的碳化时间，单位为天。

进一步地，混凝土碳化残量随机模型为：

x₀＝4.86·(-RH²+1.5RH-0.45)·(c-5)·(lnf_cuk-2.30)，

其中，x₀为碳化残量，RH为环境湿度，c为现场衬砌保护层厚度，f_cuk为混凝土抗压强度。

进一步地，极限状态方程为：