氯盐侵蚀下结构混凝土服役寿命的可靠度分析

为了全面考虑随机因素对氯盐侵蚀下结构混凝土耐久性的影响,研究建立了氯盐环境下混凝土服役寿命分析的可靠度随机边界元法。首先基于全时域初值推进法研究建立了混凝土中氯离子随机时变扩散分析的摄动随机边界元法,进而基于正常使用极限状态建立了混凝土结构服役寿命分析的可靠度分析格式,据此研究了保护层厚度、氯离子扩散系数等随机参数对结构混凝土服役寿命的影响,克服了传统的随机边界元法的缺陷。结果表明,混凝土材料及氯盐腐蚀环境的随机性、混凝土结构几何外形所导致的二维扩散现象等对氯盐环境下混凝土结构的服役寿命具有显著影响,在耐久性设计中必须合理考虑才能保障使用寿命。     

混凝土结构的碳化环境作用量化与耐久性分析

合理量化碳化环境作用并准确分析混凝土碳化深度,对于碳化环境下混凝土结构的耐久性定量分析与设计具有重要意义。首先基于混凝土碳化分析的多场耦合数值模型,定量分析温度、相对湿度、CO2浓度等环境因素对混凝土碳化深度的影响,并建立混凝土结构的碳化环境作用量化指标;然后通过引入环境修正系数对理论模型进行修正,建立混凝土碳化深度分析的实用预测模型,进而对碳化环境下混凝土结构的服役寿命和耐久性设计参数进行定量分析,并通过试验数据对比验证该方法的有效性和适用性。在此基础上,以碳化速率系数作为耐久性设计参数,可以实现碳化环境下混凝土结构的耐久性定量分析与设计。     

海洋混凝土结构耐久性定量分析与设计

针对当前结构耐久性设计缺少定量计算模型,难以保证设计的混凝土结构在海洋环境腐蚀作用下达到预定服役寿命等问题,提出海洋混凝土结构耐久性设计的计算模型和定量设计方法。首先,利用试验数据和回归分析理论建立混凝土电通量与氯离子扩散系数的关系模型,分析验证该模型的合理性和适用性;进而选取混凝土保护层厚度、龄期衰减系数和氯离子渗透能力系数(混凝土电通量或氯离子扩散系数)等参数作为海洋混凝土结构耐久性设计参数,利用Fick第二定律建立耐久性设计参数的计算模型,提出海洋混凝土结构耐久性设计参数限值的确定方法和步骤,结合算例结果分析现行混凝土结构耐久性设计规范的局限性。研究表明,由于现行的混凝土结构耐久性设计规范所选取的设计参数中没有选取龄期衰减系数,且缺少定量计算模型,导致在部分情况下不能满足混凝土结构预定的服役寿命要求或混凝土制备要求。该文方法通过合理选取耐久性设计参数并依据定量计算模型确定设计参数限值,克服了现行设计规范存在的缺陷和不足。     

北部湾海域混凝土结构中氯离子扩散模型研究

混凝土结构的耐久性和服役寿命长期以来一直是一个备受关注的问题,特别是暴露于氯盐环境下的混凝土结构,氯离子的侵蚀就成为影响混凝土结构耐久性的主导因素,因此搭建合理的氯离子扩散模型研究氯离子的扩散规律是研究氯盐环境下混凝土结构耐久性和服役寿命的关键性问题。通过对防城港、钦州港和铁山港三个码头的混凝土结构取样研究,在综合考虑胶凝材料、温度、湿度胶凝材料、混凝土结构养护龄期、暴露氯盐环境龄期、水灰比、结合氯离子等因素对混凝土结构中氯离子扩散系数影响的情况下搭建氯离子扩散模型,并与Life365模型和LNEC E465模型进行对比分析,发现文中所搭建的氯离子扩散模型更加准确反映北部湾氯离子在混凝土内部的传输特性。     

人工智能时代混凝土结构耐久性诊断研究进展

受服役环境的影响，混凝土结构普遍存在性能劣化严重、耐久性不足等问题。对在役混凝土结构进行诊断，准确识别混凝土结构损伤特征，高效评估其服役寿命，已成为保障混凝土结构服役安全的重大需求。以人工检测、传感器监测为主的诊断方法效率低下、准确性较差，难以满足实际工程结构服役安全科学诊断的要求。人工智能可为各领域研究与应用提供创新驱动力，与混凝土结构耐久性诊断技术深度融合，为混凝土结构全寿命周期的智慧运维提供新的方法。通过分析传统混凝土结构耐久性诊断技术的不足与人工智能技术的优势，从混凝土结构耐久性损伤智能感知、耐久性演化智能预测和耐久性状态智能评估等三个方面总结了人工智能在混凝土结构耐久性诊断中的应用。结果显示：人工智能技术为混凝土耐久性损伤检测与监测提供了新思路，结合传统混凝土材料损伤劣化理论，形成混凝土耐久性劣化进程与服役寿命智能预测方法，建立混凝土结构耐久性智能诊断体系，将是未来结构工程领域的重要发展方向。     

氯盐腐蚀下混凝土服役寿命的可靠度分析

混凝土性能的随机性对混凝土结构的服役寿命有重要影响.在考虑混凝土的氯离子扩散系数和临界氯离子浓度的随机性基础上,利用摄动技术研究建立了混凝土中氯离子扩散分析的摄动随机有限元法,结合混凝土内钢筋锈蚀极限状态方程,建立氯盐腐蚀环境下混凝土结构服役寿命分析的可靠度分析方法.通过算例分析,验证了本研究方法具有较高的计算精度和效率,同时分析了保护层厚度、扩散系数变异性等因素对氯离子扩散过程和混凝土服役寿命的影响.     

氯离子侵蚀环境下混凝土结构耐久性寿命评估方法研究

根据氯离子侵蚀环境下混凝土结构中钢筋锈蚀的发生和发展,分析了结构性能的衰退过程,得到了氯离子侵蚀环境下结构耐久性寿命评估模型.考虑到寿命评估模型中主要参数的不确定性影响,基于Monte Carlo原理,采用CrvstalBall软件对混凝土构件进行了随机模拟.随机模拟结果显示,保护层厚度及氯离子浓度是影响氯离子侵蚀环境下混凝土结构耐久性寿命的重要参数.     

混凝土的耐久性及其提升对策

混凝土的耐久性决定了混凝土结构、构件的服役寿命,是混凝土材料至关重要的性能。针对近年来混凝土材料所面临严峻的耐久性问题,本文从混凝土耐久性的影响因素出发,阐明了混凝土耐久性不足的原因,并从原材料选择、配合比设计、生产控制等几个方面提出了提升混凝土耐久性的对策。     

氯盐和硫酸盐环境下混凝土耐久性研究综述

对混凝土结构在侵蚀性环境下的长期安全服役要求使得针对混凝土材料的耐久性研究获得了越来越广泛的关注。盐环境普遍存在于大自然中,其中氯盐和硫酸盐会对混凝土结构的耐久性产生不利影响。介绍了氯盐或硫酸盐单一侵蚀因素作用下混凝土材料耐久性的研究现状,系统总结了试验方法、宏观性能和侵蚀模型等方面的研究成果,阐述了盐环境下混凝土耐久性的研究趋势。得到以下初步结论：（1）试验方法方面,由于自由扩散法控制附加因素的介入,对离子传输机理的影响较小,与实际状态更为接近;（2）基于Fick第二定律建立氯离子扩散模型,关键在于对氯离子扩散系数的修正,不同因素对扩散系数的影响应有更多基础理论和试验数据作为支撑。细观模型方面,在骨料特征的参数化技术方面寻求突破对于其仿真效果至关重要;（3）由于影响硫酸盐侵蚀的因素较多且系统性试验较少,因此已有模型的适用性存在局限,应寻求突破建立全面涵盖各类因素的模型;（4）建立自然盐环境与试验室盐环境的对应关系、保证混凝土的试验室状态与其实际服役状态的一致性以及建立特定环境下混凝土耐久性损伤的时变模型对服务工程应用具有重要意义。     

氯盐环境钢筋混凝土构件服役寿命计算

根据混凝土构件承载力的耐久性退化作用,建立了腐蚀环境作用下混凝土结构的3阶段服役寿命理论模型:诱导期、退化期和破坏期;即钢筋表面的自由氯离子浓度达到锈蚀临界值的时间、混凝土结构的主要材料(混凝土和钢筋)达到其材料耐久性破坏的限值、混凝土结构的承载力降低到安全使用极限状态作为各阶段的时间节点.基于氯离子扩散计算模型、钢筋...     

混凝土结构碳化耐久性的分项系数设计法

混凝土结构耐久性设计中的一个重要方法就是概率极限状态设计法,这种方法根据描述耐久性劣化过程的数学模型,首先建立耐久性极限状态方程,再将环境作用与抗力作用的某个特征值与相应的分项系数代入极限状态方程,经验算就可在一定可靠度水准上得到耐久性设计参数的设计值。选用合适的设计参数是混凝土结构耐久性设计的关键问题,设计参数应具有明确的物理意义和容易掌握的统计规律,且易为设计人员所接受。根据理论与经验相结合的碳化深度模型,建立了考虑保护层厚度与混凝土强度两个随机变量的碳化耐久性的分项系数设计方法,提出了碳化寿命准则极限状态的目标可靠指标的建议值,计算确定了保护层厚度与混凝土抗压强度满足目标可靠指标的分项系数,由此给出了碳化寿命准则的耐久性设计表达式。该耐久性分项系数设计法适用于一般大气环境下任意设计使用年限的不允许出现钢筋锈蚀的混凝土结构,根据设计表达式可直接确定满足耐久性要求的保护层厚度与混凝土强度。     

考虑施工需求的混凝土结构耐久性定量设计参数协调取值方法

由传统耐久性设计方法所确定的混凝土结构一维和二维扩散区的耐久性定量设计参数取值往往互不相同,导致混凝土的制备和施工浇筑存在困难。鉴于此,提出了考虑施工需求的混凝土结构耐久性定量设计参数的协调取值方法。首先考虑氯离子扩散系数的时变特性,推导了混凝土结构中一维和二维扩散区氯离子浓度分布的时变解析模型;然后分析了混凝土结构角部箍筋弯折对混凝土附加保护层厚度的影响,并依据不同扩散区耐久性定量设计参数的协调一致性要求,建立了箍筋协调弯弧内半径的计算表达式,进而提出了混凝土结构耐久性定量设计参数的协调取值方法,从而满足对于同一截面上具有不同扩散区的构件能够一次性完成混凝土浇筑的施工需求。分析表明,该方法基于箍筋协调弯弧内半径和耐久性定量设计确定混凝土结构的耐久性设计参数取值,使混凝土结构能够在规定的腐蚀环境作用下满足预定的设计使用年限要求,从而克服传统耐久性设计方法所存在的缺陷。     

钢筋混凝土结构的工作寿命设计-针对氯盐污染环境

混凝土耐久性现在正在向定量化发展,同时正在融入钢筋混凝土结构可靠度和工作寿命设计体系。通过将氯盐污染、氯离子渗透和导致钢筋锈蚀,转换为与时间相关的环境荷载与结构劣化进程,目前已形成具有实用价值、可操作的结构工作寿命设计体系。本文介绍了这方面最新进展,包括氯盐污染对结构的破坏作用,氯离子渗透数学模型与主要参数,以结构混凝主耐久性为基础的工作寿命、可靠度概念和理论计算方法,以及设计高耐久性钢筋混凝土结构的技术路线。     

钢筋混凝土结构基于耐久性的可靠度设计方法

对处于氯盐环境中的混凝土结构,为使其在设计使用寿命期内具有合格的可靠度要求,基于结构抗力劣化过程的动态计算模型及动态可靠度分析,在我国 现行结构可靠度设计表达式基础上,引入结构耐久性系数γD来考虑抗力衰减对可靠指标的影响,并给出了耐久性系数的确定方法。针对50年设计使用年限 情况,考虑港口结构3种荷载组合以及5种可变荷载与恒载效应比影响,给出不同的环境条件、水灰比、保护层厚度下结构耐久性系数γD的取值。从而建立 了基于耐久性的可靠度设计实用方法。     

混凝土结构耐久性设计原则、方法与标准

结合最新颁布的《混凝土结构耐久性设计标准》(GB/T 50476—2019)综述混凝土结构耐久性的总体设计原则、方法和规定。结合混凝土结构耐久性的定义,分析耐久性设计的三要素：性能劣化、耐久性极限状态以及设计使用年限,强调耐久性设计需要向全寿命耐久性规划拓展。结合标准规定,解析使用环境分类和等级划分表示性能劣化、耐久性极限状态以及设计使用年限针对整体结构与构件的不同含义。然后,结合定性设计方法分析典型环境下材料和构件层次上耐久性规定以及耐久性指标,针对防腐蚀附加措施和后张法预应力体系分析耐久性多重保护的理念。综述表明,标准最大程度总结了我国混凝土结构耐久性科学认识与工程实践,发展基于模型的性能化设计、设计阶段系统开展维护设计、推动耐久性多屏障设计理念是耐久性标准将来的发展方向。     

Some considerations on the performance cycle analysis of concrete girders in France

A performance assessment of corroded reinforced concrete (RC) structures requires an acute understanding of both material deterioration and its impact on structural behaviour, in order to evaluate its durability, safety, serviceability and remaining service life. The corrosion phenomenon is usually due to carbon dioxide and chloride ions. More generally, the environmental conditions may determine what kind of deterioration mechanism can produce structural degradation depending on relative humidity, temperature, severity of the surrounding environment, materials properties, etc. Consequently, the performance cycle prediction of reinforced concrete structures involves many factors, which introduce uncertainties. A probabilistic approach as opposed to a deterministic one is therefore more appropriate to generate reliable cycle predictions. This paper focuses on the application of the principles of such a probabilistic approach to calculate for a typical set of RC bridges in France, the critical times corresponding to every performance cycle, considering both chloride-induced corrosion and carbonation, but also concrete cracking and spalling. For this purpose, the impact of the environment on the RC structures and the principal material properties are taken into account in this analysis. A methodology is also provided for roughly assessing serviceability cycles from visual inspections.     

关注环境作用的混凝土冻融损伤特性研究进展

混凝土结构耐久性劣化在不同的暴露环境下存在着显著的区域特征。研究冻融循环条件下环境参数变化对混凝土冻融损伤的影响规律,对混凝土结构的耐久性设计和工程实践具有重大的实际意义。关注混凝土结构耐久性的定量化设计,对混凝土结构服役寿命预测的需求进行分析,提出对现场冻融环境、现场与实验室试验环境下混凝土冻融损伤之间的关系、混凝土的抗冻性三个方面的数量化需求。总结现场冻融环境量化、混凝土经受冻融循环过程中环境因素（冰冻降温速率、最低冰冻温度、最低冰冻温度持续时间和饱含水情况）对混凝土冻融损伤作用机理与作用规律方面的理论与试验研究,进一步分析现场冻融环境与实验室试验冻融环境下混凝土冻融损伤关系的相关研究成果,并在混凝土冻融耐久性寿命预测和耐久性设计方法的层面上,提出最终结论与建议。     

海洋环境下预应力混凝土桥梁耐久性分析与设计

为了研究海洋环境下氯离子侵蚀引起的混凝土结构耐久性行为,在重点考虑材料、环境、混凝土应力水平以及表层对流区影响的基础上,建立了预应力混凝土氯离子侵入扩散模型;随后,基于预应力混凝土桥梁结构耐久性失效的特点,提出了以预应力筋临界锈蚀作为耐久性极限状态的标志;并在各随机变量统计分析的基础上,采用Monte-Carlo方法研究了不同水胶比、不同保护层厚度时的可靠指标变化情况,得出了给定目标可靠指标下预应力筋的最小保护层厚度。相关研究成果可以为工程设计提供一定参考。     

混凝土结构的耐久性设计方法

长期以来，我国土建工程设计对结构的使用年限未给予足够重视，混凝土结构设计规范在结构耐久性要求上存在许多不足。环境作用下的混凝土结构耐久性设计应考虑多个方面的因素，包括设计使用年限，结构所处环境对钢筋和混凝土的腐蚀作用，耐久混凝土的材料选择与组成，减轻或延迟材料劣化的结构构造措施，保证结构耐久性的施工质量控制以及使用年限内的定期维修与检测等。对氯盐环境下的重要工程如桥梁和港工，还应选用适宜的计算模型进行使用年限的预测。