腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法技术

本发明专利技术公开了一种腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法，包括：针对待仿真的地下工程结构，基于系统动力学方法，构建工程结构服役状态预测系统动力学模型；其中，该模型包括地质环境子系统、混凝土服役子系统、钢筋服役子系统和结构可靠度子系统；基于构建的模型动态模拟腐蚀环境中地下工程结构的服役状态，得出预设指标随时间的变化趋势，以预测出腐蚀环境中地下工程结构的服役寿命，以及腐蚀环境中地下工程结构的可靠度。本发明专利技术可以宏观的预测工程结构的服役过程，得出各指标随时间的变化趋势，为结构防护措施提供依据，以期为制定服役动态管理提供理论参考和借鉴。借鉴。借鉴。

【技术实现步骤摘要】
腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法


[0001]本专利技术涉及地下工程结构服役状态仿真
，特别涉及一种腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法。

技术介绍

[0002]为保证矿山开采的可持续性，对于井筒支护安全的保证至关重要。支护部分由混凝土及其内部钢筋组成，当井筒穿过含水地层时，若遇到导水通道则外部混凝土会发生腐蚀，出现剥落、强度降低等现象；若混凝土腐蚀厚度加深则内部钢筋进而会受到腐蚀，产生的膨胀应力使钢筋混凝土结构可靠度进一步降低。若加之化学离子和温度的存在，则上述反应会加速，导致工程结构失效速度加快，严重威胁生产及人员安全。
[0003]在工程结构服役过程中，有多个环节相互影响、相互作用。首先地层是工程结构所处的环境，地层的情况是腐蚀发生的先决条件，其中在含水层地区中的化学离子浓度、温度、酸碱度是决定化学反应快慢的因素，决定腐蚀速度。其次有混凝土、钢筋是发生腐蚀的主体，混凝土的配合比、纤维掺量、养护时间是决定其密实度和强度的主要因素，同样影响腐蚀速度。内部包裹的钢筋是在混凝土之后受到腐蚀，其腐蚀后产生的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法，其特征在于，所述腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法包括：针对待仿真的地下工程结构，基于系统动力学方法，构建工程结构服役状态预测系统动力学模型；其中，所述工程结构服役状态预测系统动力学模型包括地质环境子系统、混凝土服役子系统、钢筋服役子系统和结构可靠度子系统；基于所述工程结构服役状态预测系统动力学模型，动态模拟腐蚀环境中地下工程结构的服役状态，得出预设指标随时间的变化趋势，以预测出腐蚀环境中地下工程结构的服役寿命，并动态预测出腐蚀环境中地下工程结构的可靠度。2.如权利要求1所述的腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法，其特征在于，所述构建工程结构服役状态预测系统动力学模型，包括：确定工程结构服役状态预测系统动力学模型中各子系统中的因素；确定工程结构服役状态预测系统动力学模型中各子系统因素之间的反馈关系，确定各子系统间的反馈关系，构建模型的因果回路图；确定工程结构服役状态预测系统动力学模型中各子系统因素变量类型；确定工程结构服役状态预测系统动力学模型中各子系统相关因素之间的方程，构建模型的存量流量图。3.如权利要求2所述的腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法，其特征在于，所述地质环境子系统中的因素包括：地层温度、化学离子浓度、地层环境风险度、反应时间以及化学反应速度；所述混凝土服役子系统中的因素包括：混凝土损伤变化率、混凝土损伤变化量、混凝土损伤程度、初始损伤、密实度变化率、配合比、纤维掺量、密实度变化量、养护时间、混凝土密实程度、腐蚀厚度变化率、腐蚀厚度变化量、粗糙度、混凝土厚度、渗透时间以及渗透速度；所述钢筋服役子系统中的因素包括：钢筋损伤变化率、钢筋损伤变化量、钢筋损伤程度、钢筋强度、膨胀应力、预应力、钢筋尺寸、腐蚀速度、锈蚀厚度变化率、锈蚀厚度变化量以及钢筋腐蚀程度；所述结构可靠度子系统中的因素包括：断面尺寸、安全尺寸、配筋比、可靠度变化率、可靠度变化量以及结构可靠度。4.如权利要求3所述的腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法，其特征在于，所述因果回路图中包括：混凝土服役反馈回路、钢筋服役反馈回路以及结构服役反馈回路；其中，所述混凝土服役反馈回路和所述钢筋服役反馈回路为负反馈回路，所述结构服役反馈回路为正反馈回路；所述混凝土服役反馈回路的内容为：离子浓度增加或地层温度增加导致混凝土腐蚀速度增加，混凝土腐蚀速度增加导致混凝土损伤度增加，混凝土损伤度增加导致混凝土密实度减小，混凝土密实度减小导致混凝土腐蚀程度增大，混凝土腐蚀程度增大导致离子浓度增加；所述钢筋服役反馈回路的内容为：混凝土腐蚀程度增加导致钢筋腐蚀程度增加，钢筋腐蚀程度增加导致离子浓度增加，离子浓度增加导致钢筋腐蚀速度增加，钢筋腐蚀速度增加导致膨胀应力增加，膨胀应力增加导致钢筋损伤度增加，钢筋损伤度增加导致钢筋腐蚀程度增加；
所述结构服役反馈回路的内容为：混凝土腐蚀程度增加导致钢筋腐蚀程度增加，钢筋腐蚀程度增加导致断面尺寸减小，断面尺寸减小导致结构可靠度减小，结构可靠度减小导致混凝土腐蚀程度减小。5.如权利要求4所述的腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法，其特征在于，所述因素变量类型包括状态变量、速率变量、辅助变量以及常数变量；其中，所述状态变量表示累计程度，所述速率变量表示随着时间的推移使水平变量的值增加或减少，所述辅助变量描述决策过程中状态变量和速率变量之间的信息传递和转换过程的中间变量，所述常数变量是研究期间保持不变或变化程度小于预设阈值的量；所述混凝土损伤程度、混凝土密实程度、混凝土腐蚀程度、钢筋损伤程度、钢筋腐蚀程度、钢筋强度、断面尺寸和结构可靠度属...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪洪广，张春瑞，付桢，张月征，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：