工程结构损伤和耐久性

本书是《材料延寿与可持续发展》丛书分册之一，专门讨论工程结构损伤与耐久性——原理、评估和应用技术。 本书共分7章：绪言，工程混凝土开裂与损伤，混凝土材料老化与结构病害，工程结构检测、监测与安全评估，混凝土工程结构修复和加固，提高工程寿命的新材料和新技术以及工程案例分析。

本书可供工程建设领域的设计、施工、维护维修和管理工程师参考，可供公务员决策参考，也可供工科学校本科生、研究生、博士生学习参考。

第1章绪言

1　1工程结构的意义/001

1　2工程结构耐久性面临的问题与挑战/003

参考文献/008

第2章工程混凝土开裂与损伤

2　1混凝土结构开裂/009

2　1　1裂缝基本类型/009

2　1　2混凝土断裂破坏的基本现象/010

2　1　3混凝土断裂模型/013

2　1　4应力强度因子和断裂韧度/016

2　2工程结构损伤/016

2　2　1损伤力学的概况/016

2　2　2损伤变量/017

2　2　3损伤测量/017

2　2　4混凝土损伤/018

2　3混凝土开裂损伤过程试验/019

2　3　1混凝土三点弯曲梁断裂试验与理论研究/019

2　3　2标准钢筋混凝土弯曲梁断裂特性试验与理论研究/031

2　3　3非标准弯曲梁断裂特性试验与理论研究/034

2　4混凝土开裂损伤理论的工程应用/040

2　4　1坝体混凝土开裂判据/041

2　4　2改进后的扩展有限元法/042

2　4　3裂缝模拟计算实例/045

2　4　4工程应用实例/066

参考文献/073

第3章混凝土材料老化与结构病害

3　1混凝土老化病害特征/076

3　2混凝土老化病害过程与起因/077

3　2　1混凝土裂缝/077

3　2　2渗漏/078

3　2　3剥蚀/079

3　2　4混凝土碳化/080

3　2　5混凝土中钢筋的锈蚀/082

3　2　6混凝土的冻融破坏及机理/083

3　2　7氯离子的侵蚀/084

3　3混凝土老化病害对结构安全与耐久性影响/084

3　3　1混凝土裂缝的危害/084

3　3　2渗漏的危害性/085

3　3　3碳化的危害/085

3　3　4钢筋锈蚀的危害/086

参考文献/087

第4章工程结构检测、监测与安全评估

4　1工程结构检测和监测规程/088

4　1　1工程结构检测规范/088

4　1　2基础工程检测规范/088

4　1　3工程结构监测规范/089

4　2工程结构病害检测方法/089

4　2　1结构混凝土强度的检测/089

4　2　2混凝土缺陷的检测/090

4　2　3钢筋锈蚀测试/094

4　2　4结构几何参数的检测/095

4　2　5基础沉降观测/095

4　2　6耐久性检测/098

4　3工程结构检测仪器设备/102

4　3　1混凝土结构检测仪器/102

4　3　2钢结构检测仪器/103

4　3　3地基基础检测仪器/103

4　3　4监测仪器/104

4　4工程结构监测技术/105

4　4　1安全监测内容/105

4　4　2监测项目分类/105

4　4　3监测方法/108

4　5工程结构安全复核/109

4　5　1现场调查工作内容/109

4　5　2工程结构安全性复核评级/110

4　6工程结构抗震安全复核/112

4　6　1工程结构的抗震检测/112

4　6　2工程结构的抗震鉴定/112

4　6　3工程结构抗震性能的分析/113

4　6　4结构抗震能力的评定/114

参考文献/114

第5章混凝土工程结构修复和加固

5　1混凝土结构破损常规修复/116

5　1　1修补材料的基本要求/116

5　1　2麻面的处理/116

5　1　3露筋的修复/117

5　1　4裂缝的修复/117

5　1　5钢筋锈蚀的修补处理/120

5　1　6存在的主要问题及对策/121

5　2混凝土结构加固/122

5　2　1增大截面加固法/122

5　2　2置换混凝土加固法/122

5　2　3外加预应力加固法/123

5　2　4外粘型钢加固法/123

5　2　5粘贴纤维复合材加固法/124

5　2　6粘贴钢板加固法/124

5　2　7增设支点加固法/125

5　3混凝土结构电化学修复/125

5　3　1阴极保护技术/125

5　3　2电化学脱盐防腐保护技术/145

5　3　3电沉积修复混凝土裂缝技术/157

5　3　4电迁移阻锈技术/164

参考文献/166

第6章提高工程寿命的新材料和新技术

6　1高性能混凝土延寿技术/173

6　1　1高性能混凝土用原材料选用/173

6　1　2高性能混凝土的配制和性能/188

6　2纤维增强水泥基复合材料抗裂技术/197

6　2　1定义/197

6　2　2纤维的种类和作用/198

6　2　3纤维增强水泥基复合材料力学性能的主要特征/201

6　2　4纤维增强水泥基复合材料成型工艺的选用/202

6　2　5几种纤维增强混凝土的参考配合比/205

6　2　6几种纤维增强混凝土的性能/206

6　2　7几种纤维增强混凝土的用途/208

6　3环氧涂层钢筋/208

6　3　1环氧涂层钢筋的概念/208

6　3　2环氧涂层钢筋的涂装工艺/209

6　3　3环氧涂层钢筋的性能/211

6　3　4修补材料的性能/215

6　3　5设计和施工要求/216

6　3　6与其它保护措施联合/217

6　4聚合物树脂水泥砂浆技术/217

6　4　1聚合物树脂改性水泥砂浆的基本原理/218

6　4　2聚合物树脂水泥砂浆的国内研究概况/219

6　4　3有关聚合物树脂水泥砂浆的标准情况/221

6　4　4聚合物树脂水泥砂浆的性能/223

6　4　5聚合物树脂水泥砂浆的施工/225

6　4　6聚合物树脂水泥砂浆的应用/227

6　5有机硅憎水渗透剂/229

6　5　1有机硅憎水渗透剂的概念和种类/230

6　5　2有机硅憎水渗透剂的憎水防渗原理/231

6　5　3有机硅憎水渗透剂的产品/232

6　5　4有机硅憎水渗透剂的性能及其试验方法/233

6　6水泥基渗透结晶型防水材料/239

6　6　1水泥基渗透结晶型防水材料的组成/239

6　6　2水泥基渗透结晶型防水材料的机理/242

6　6　3水泥基渗透结晶型防水材料的性能特点/243

6　6　4水泥基渗透结晶型防水材料的设计和施工/246

6　7表面防腐蚀涂料/248

6　7　1防腐蚀涂料的组成/248

6　7　2防腐蚀涂料性能比较/250

6　7　3防腐蚀涂料设计的一般要求/250

6　7　4防腐蚀涂层配套及选择/251

6　7　5几种新型防腐蚀涂料/252

6　8不同环境下提高结构耐久性措施的选用/257

6　8　1混凝土结构耐久性设计的环境分类/257

6　8　2防腐蚀设计的环境分类/259

6　8　3不同环境下的混凝土结构的延寿措施/261

参考文献/263

第7章工程案例分析

7　1某节制闸检测与安全评估/267

7　1　1工程概况/267

7　1　2检测内容/267

7　1　3结论和建议/278

7　2某大型引水工程隧道衬砌检测与评估/279

7　2　1工程概况/279

7　2　2检测内容/280

7　2　3检测方法原理/280

7　2　4现场检测/282

7　2　5检测结论/283

7　3某大型泵站进水流道混凝土质量检测与评估/283

7　3　1工程概况/283

7　3　2检测过程/283

7　3　3检测结果/283

7　3　4结论/285

7　4外加电流阴极保护技术的应用实例/286

7　4　1工程概况/286

7　4　2外加电流阴极保护方案及技术要点/286

7　4　3保护效果调研/288

7　5牺牲阳极阴极保护技术应用案例/289

7　5　1工程概况/289

7　5　2维修方案及牺牲阳极安装要点/289

7　5　3保护效果调研/290

7　6电化学脱盐防腐蚀技术应用案例/290

7　6　1工程概况/290

7　6　2技术方案及技术要点/291

7　6　3保护效果调研/292

7　7常规维修技术应用案例/293

7　7　1码头结构修复/293

7　7　2维修工艺及技术要求/294

7　7　3保护效果调研/295

参考文献/296

索引 2100433B

丛书名：材料延寿与可持续发展

出版日期：2015年2月

书号：978-7-122-21540-6

开本：B5 710×1000　1/16

装帧：平 版次：1版1次 页数：306页

《工程结构损伤预警理论及其应用》较系统地阐述了工程结构损伤预警的理论、方法和应用。上篇(第1～5章)详细论述了工程结构损伤预警的基本理论和方法，主要内容包括：基于小波包能量谱的结构多尺度损伤分析原理；基于小波包能量谱的结构损伤预警方法；ASCE Benchmark结构损伤预警研究；环境激励下的结构损伤预警方法。下篇(第6～8章)详细论述了润扬大桥斜拉桥损伤预警的方法实现与工程应用，主要内容包括：润扬大桥斜拉桥结构损伤预警策略与方案；环境激励下的润扬大桥斜拉桥结构损伤预警方法；润扬大桥斜拉桥结构损伤预警系统的设计与实现。

本书围绕隧道与地下工程结构在建设施工或运营过程中可能出现的耐久性损伤积累问题及寿命分析与预测课题开展研究，侧重于介绍研究采用的思想理念、方法手段、范围与角度及取得的理论与应用方面的成果。

全书共分八章，主要包括：绪论、工程结构可靠度的基本理论介绍、地下混凝土结构劣化度及耐久性研究体系的建立、基于碳化作用的地下混凝土结构损伤劣化模型建立、细观损伤理论在地下混凝土结构耐久性研究及寿命分析预测中的应用、地下混凝土结构耐久性寿命智能预测研究、地下混凝土结构基于耐久性与劣化度的可靠性分析、基于氯离子渗流耦合作用的地下混凝土结构耐久性研究。

本书可供从事混凝土结构或隧道及地下工程损伤与耐久性研究，以及相应设计、施工及运营管理相关人员交流、学习或参考，也可供高等院校相关专业教师、研究生和高年级本科生使用。

笔者所在研究团队十余年来坚持对地下工程结构的耐久性问题开展研究工作，迄今已在国内外核心期刊公开发表研究成果论文20余篇，并先后主持或参与国家自然科学基金项目“地下混凝土衬砌结构的耐久性与使用寿命”及“软岩多元分析的智能化随机模糊决策与工程控制”及湖北省自然科学基金项目“基于地下水渗流耦合作用的地下混凝土结构耐久性的研究”、河南省科技攻关项目“重大地下工程项目耐久性失效风险评估的关键技术研究”等项目的研究工作，本书的写作即是在上述课题研究成果的基础上进一步归纳、总结和延展而成的，同时也得到了其中的湖北省自然科学基金项目及所在单位学科建设资金的资助。

本书从不同的耐久性影响因素耦合作用的情形，以及不同的研究手段与目标角度出发，对一般地下混凝土工程结构在建设与使用过程中可能遇到的常见耐久性问题进行较全面的考虑和系统研究。旨在对该领域进行一些探索性和开创性的研究工作并获得一定的基础理论成果或可供借鉴的研究思路与方法，并努力将这些成果与实际工程问题联系起来且能最大限度地解决这些问题或提供一些有益思路及方法措施。本书研究的主要内容包括：对地下工程结构耐久性的研究现状及区别于地面结构的特点进行全面的总结、归纳和评析；对影响地下结构耐久性的各因素进行归类、分析；提出广义耐久性及劣化度函数的理念，建立地下结构耐久性的研究、分析与评价体系；

考虑几种典型环境下的多因素耦合作用的情形，开展试验及理论建模研究，其中尤其对于外荷载作用下混凝土的碳化腐蚀及钢筋锈蚀破坏，以及地应力、地下水渗流耦合作用时的氯离子侵蚀破坏进行了较深入的研究及说明，以探寻其耐久性劣化的机理规律及建立结构耐久性损伤的劣化模型；应用损伤力学、可靠度理论或人工神经网络的方法原理开展地下结构耐久性寿命评判与预测的相关研究工作。

本书在写作过程中，既注重理论及基础知识的阐述，又重视其在实际工程中的应用和基本方法、操作过程与步骤等的介绍；既总结介绍国内外最新研究成果、发展趋势，又详细说明著作者的研究思路与成果。编者们编辑成书过程也力求全书研究内容及章节知识的系统性，相信该书的出版将在一定程度上推动我国在地下工程结构耐久性研究领域的关注和发展。

前言绪论0.1 结构健康监测的研究与应用

0.2 结构损伤诊断的研究与应用0.2.1 结构损伤诊断概述

0.2.2 结构损伤诊断的动力指纹类方法

0.2.3 结构损伤诊断的小波变换类方法

0.3 本书的目的和主要内容参考文献

上篇 工程结构损伤预警理论与方法

第1章 小波变换的基本原理

1.1 概述

1.2 小波变换

1.2.1 连续小波变换

1.2.2 离散栅格下的小波变换

1.3 多分辨率分析

1.3.1 多分辨率分析的思想

1.3.2 多分辨率分析的定义与性质

1.3.3 Mallat算法

1.4 小波包分析

1.4.1 小波包分析的思想

1.4.2 小波包分析的定义与性质

参考文献

第2章 基于小波包能量谱的结构多尺度损伤分析原理

2.1 概述

2.2 信号的多尺度表示

2.3 结构动力系统的多尺度损伤分析

2.3.1 结构动力系统描述

2.3.2 结构动力系统的多尺度描述

2.3.3 结构动力系统的多尺度损伤分析

2.4 基于小波包能量谱的结构多尺度损伤分析

2.4.1 结构动力响应的小波包能量谱

2.4.2 数值算例

2.5 小结

参考文献

第3章 基于小波包能量谱的结构损伤预警方法

3.1 概述

3.2 结构损伤预警的小波包能量谱

3.2.1 引言

3.2.2 小波函数的选择

3.2.3 小波包分解层次的选择

3.3 基于小波包能量谱的结构损伤预警方法

3.3.1 结构损伤特征向量

3.3.2 结构损伤预警指标

3.4 小结

参考文献

第4章 ASCEBenchmark结构损伤预警研究

4.1 概述

4.2 ASCEBenchmark结构试验概况

4.2.1 问题的提出

4.2.2 ASCEBenchmark结构概况

4.2.3 试验内容

4.3 试验结果与分析

4.3.1 试验结果

4.3.2 试验分析

4.3.3 讨论

4.4 小结

参考文献

第5章 环境激励下的结构损伤预警方法

5.1 概述

5.2 环境激励下的结构损伤预警方法

5.2.1 结构损伤预警方法

5.2.2 数值算例

5.2.3 试验验证

5.3 小结

参考文献

下篇 润扬大桥斜拉桥结构损伤预警的方法实现与应用

第6章 润扬大桥斜拉桥结构损伤预警策略与方案

6.1 概述

6.2 润扬大桥斜拉桥的基准有限元模型

6.2.1 引言

6.2.2 润扬大桥斜拉桥概况

6.2.3 基准有限元模型的建立与修正

6.2.4 有限元模型验证

6.2.5 结语

6.3 基于模态参数的润扬大桥斜拉桥结构损伤预警分析

6.3.1 引言

6.3.2 固有频率指标

6.3.3 模态曲率指标

6.3.4 模态应变能指标

6.3.5 模态柔度指标

6.3.6 斜拉索索力指标

6.3.7 结语

6.4 基于小波包能量谱的润扬大桥斜拉桥结构损伤预警分析

6.4.1 引言

6.4.2 损伤敏感性分析

6.4.3 噪声鲁棒性分析

6.4.4 结语

6.5 小结

参考文献

第7章 润扬大桥斜拉桥健康监测数据的损伤预警分析

7.1 概述

7.2 润扬大桥斜拉桥健康监测数据的损伤预警分析

7.2.1 实测动力响应

7.2.2 实测动力响应的模态频率分析

7.2.3 实测动力响应的小波包能量谱分析

7.3 小结

参考文献

第8章 润扬大桥斜拉桥结构损伤预警系统的设计与实现

8.1 概述8.2 润扬大桥结构健康监测系统概况

8.2.1 系统总体构成及功能

8.2.2 结构健康监测系统子系统简介

8.3 润扬大桥斜拉桥结构损伤预警系统的设计与实现

8.3.1 结构损伤预警系统的总体设计

8.3.2 损伤预警系统的数据库设计与实现

8.3.3 损伤预警系统的应用软件设计与实现

8.4 小结

参考文献2100433B