基于气候环境作用的混凝土材料与结构使用寿命预测方法

为了提升自然气候环境下钢筋混凝土结构使用寿命的预测精度,以混凝土受氯盐侵蚀为背景,分析了钢筋混凝土结构使用寿命的全过程,并给出各关键阶段使用寿命的计算模型;基于气候环境作用谱、混凝土微环境响应谱以及钢筋锈蚀速率时变模型的相关研究成果,提出新建混凝土结构耐久性设计的使用寿命预测方法,并给出算例说明;基于混凝土内钢筋锈蚀量的等效,提出混凝土材料与结构耐久性试验中的加速老化因子概念,并提出了基于人工气候环境耐久性试验的使用寿命预测方法。结果表明:该方法可以提高新建混凝土结构使用寿命的预测精度,并且使人工气候环境耐久性试验的设计更具有针对性。     

混凝土工程中钢筋腐蚀检测技术与评价

钢筋腐蚀是公认影响混凝土耐久性的最主要因素1。钢筋腐蚀检测和腐蚀状况判定可为钢筋混凝土结构的剩余载荷和结构耐久性提供基础数据。同时,混凝土中钢筋锈蚀的及时发现和准确诊断,是结构耐久性评定、剩余使用寿命预测的重要前提。本文简单介绍钢筋在结构中的腐蚀原理后,详细介绍了钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀检测的几种检测方法,最后提出钢筋腐蚀检测方法的发展趋势。     

模糊及随机信息下桥梁构件抗力演化特征分析

受时间、空间以及检测手段等的限制,服役桥梁结构抗力退化预测过程存在很大的不确定性,这些不确定性既包括模糊性又包括随机性。针对氯盐环境下钢筋混凝土桥梁中钢筋局部锈蚀,以一座拆除旧桥构件为背景,构建了模糊及随机信息条件下桥梁构件抗力演化分析框架,模拟了钢筋锈蚀率和强度退化概率特征,并结合试验结果进行了验证,在此基础上,进一步考虑锈蚀引起黏结退化影响,分析了构件抗力概率密度函数演化特征,得到了抗力均值和标准差时变特点和截口分布类型。研究表明:信息的模糊性对预测结果影响不容忽视,对于信息不完善的桥梁或构件,抗力预测分析过程中系统地考虑这些不确定性因素是必要的。     

浅论工业厂房中介质环境及结构参数与钢筋锈蚀程度的关系及对策

根据工程检测和鉴定的实践，讨论了工业厂房不同介质环境及结构参数对混凝土结构中钢筋锈蚀程度的影响，分析了介质环境对其产生影响的相关机理，提出了对该类混凝土结构应根据钢筋锈蚀的程度采取适度的加固和抗损修复处理方法；从而以较低的加固处理成本达到控制钢筋锈蚀进程，延缓结构使用寿命，保证结构使用安全的目的。     

锈蚀钢筋混凝土保护层锈胀开裂时间的预测模型

由钢筋锈蚀引起的混凝土保护层锈胀开裂是混凝土结构耐久性极限状态的重要标志,是决定结构使用寿命的重要因素。以钢筋均匀锈蚀为前提,考虑锈蚀产物的变形特性以及锈胀裂缝开展过程中锈蚀产物进入裂缝的实际情况,借助弹性力学和Faraday腐蚀定律,建立混凝土保护层锈胀开裂时刻的钢筋锈蚀率以及锈胀开裂时间计算公式。针对影响混凝土保护层锈胀开裂时间各主要因素的分析表明,增大钢筋的混凝土保护层厚度、减小钢筋直径、提高混凝土强度以及控制锈蚀产物的体积膨胀率都有利于混凝土结构耐久性的提高。与已有试验结果的对比分析可知,对于加速锈蚀和长期锈蚀情况,计算公式的预测结果均较为理想,可用于由钢筋均匀锈蚀引起的混凝土保护层锈胀开裂时间的预测分析。     

钢筋锈蚀监测方法在混凝土中的应用及现状

经调查发现,钢筋锈蚀对钢筋混凝土的影响非常严重,是一个不可避免的混凝土耐久性问题之一。在分析钢筋锈蚀的机理的同时,了解到影响钢筋锈蚀的两个主要因素是碳化作用与氯离子侵蚀,其他的还包括混凝土质量、水灰比、环境的温湿度等。针对不同因素造成的钢筋锈蚀,阐述了现如今运用比较广泛的四种电化学技术监测钢筋锈蚀的机理以及优缺点,通过这几种方法可以及时预测钢筋的锈蚀时间或者是及时预测钢筋混凝土结构的使用寿命,为后期的防护提供有力的保障。     

氯盐侵蚀下的钢筋均匀与非均匀锈蚀研究进展北大核心

氯盐侵蚀引起的钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性性能劣化的主要原因,研究因氯盐侵蚀导致的混凝土内钢筋的锈蚀机理、锈蚀层分布规律以及锈后结构或构件的使用寿命预测,具有一定的工程应用实际意义。综述了氯盐侵蚀引起的钢筋混凝土结构耐久性分析的研究进展。介绍了氯盐侵蚀下的钢筋混凝土结构的性能退化过程,针对基于均匀腐蚀和非均匀腐蚀下的钢筋锈蚀机理及保护层开裂受力分析,以及耐久性寿命预测研究进行了总结与归纳,并提出了一些建议,为氯盐侵蚀下的钢筋混凝土结构的进一步研究提供参考。     

钢筋混凝土构件中钢筋锈蚀量的无损检测方法

在钢筋混凝土结构的耐久性损伤检测中 ,钢筋混凝土构件中钢筋锈蚀量的检测是个十分重要的问题。混凝土中钢筋锈蚀的及时发现和准确诊断 ,是结构耐久性评定、剩余使用寿命预测的重要前提。本文详细介绍了钢筋混凝土构件中钢筋锈蚀量的无损检测方法 ,尤其是这些方法的优点的缺点 ,同时提出了检测方法的发展趋势 ,以供实际应用和研究参考     

氯盐侵蚀下的钢筋均匀与非均匀锈蚀研究进展

氯盐侵蚀引起的钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性性能劣化的主要原因,研究因氯盐侵蚀导致的混凝土内钢筋的锈蚀机理、锈蚀层分布规律以及锈后结构或构件的使用寿命预测,具有一定的工程应用实际意义。综述了氯盐侵蚀引起的钢筋混凝土结构耐久性分析的研究进展。介绍了氯盐侵蚀下的钢筋混凝土结构的性能退化过程,针对基于均匀腐蚀和非均匀腐蚀下的钢筋锈蚀机理及保护层开裂受力分析,以及耐久性寿命预测研究进行了总结与归纳,并提出了一些建议,为氯盐侵蚀下的钢筋混凝土结构的进一步研究提供参考。     

人工神经网络预测混凝土碳化深度与钢筋锈蚀量

基于混凝土碳化与钢筋锈蚀都是由多因素引起的缘故,运用BP神经网络方法进行混凝土碳化深度及钢筋锈蚀量分析和预测,其结果优于以数学模型为基础的经验公式法,而且若能将BP神经网络模型应用于结构耐久性其它方面(如抗冻),那么结构耐久性的综合评价及结构的剩余使用寿命都可以得到很好的预测.     

Analysis of lifetime losses of low-rise reinforced concrete buildings attacked by corrosion and earthquakes using a novel method

In the estimation of the losses caused by an earthquake for a reinforced concrete (RC) building, the effect of corrosion of the reinforcing steel incurred by environmental conditions, e.g. carbonation and chloride ions, is seldom mentioned because of the corrosion with uncertainty and time dependence. However, because the structural capacity of a corroded RC building declines over time, one must apply an appropriate method that estimates the structural capacity of an RC building in a corrosive environment. Therefore, this work integrated degradation factors into the structural properties of a corroded RC building. Additionally, by considering life-cycle earthquake events, lifetime losses resulting from earthquakes and corrosion can be derived. This work can help both owners and investors to identify lifetime losses of RC buildings due to seismic structural damage, including the corrosion effect, within a specified service life. Although the case study only addresses a selection of the most appropriate concrete cover depth for an RC building corroded by chloride ions, the proposed procedure can be utilised when making decisions about whether to prevent building deterioration based on economic considerations.     

基于机器学习的钢筋混凝土柱失效模式两阶段判别方法增强出版（附加材料可在文章详情页“评审附件”下载）

钢筋混凝土柱在侧向地震力作用下具有弯曲、剪切和弯剪三种失效模式。不同的失效模式下钢筋混凝土柱具有不同的地震损伤特征。因此,准确地判别钢筋混凝土柱的失效模式对于准确评估钢筋混凝土结构的抗震性能具有重要意义。利用已有的钢筋混凝土柱滞回加载试验数据,采用机器学习方法,提出了一种钢筋混凝土柱失效模式两阶段判别方法。其中,第一阶段以钢筋混凝土柱的基本设计参数为输入变量,采用机器学习中的回归算法,建立钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形预测模型。第二阶段以钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形作为输入变量,采用机器学习中的分类算法,对钢筋混凝土柱的失效模式进行自动判别,实现了准确判别钢筋混凝土柱失效模式的目的。研究结果表明：极端随机树、AdaBoost、随机森林和梯度提升算法分别对受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形的预测效果最佳;极端随机树、梯度提升算法和最近邻居法分别对弯曲失效、剪切失效和弯剪失效具有最佳的分类效果;相比已有的钢筋混凝土柱失效模式分类方法,提出的两阶段分类方法具有与真实失效模式最为接近的分类结果,分类精度可以达到96%。     

Seismic fragility analysis of reinforced concrete structures considering reinforcement corrosion

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素，会引起结构的自振周期延长、地震需求变化及抗震能力衰减，使得锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性分析不同于未锈蚀钢筋混凝土结构。以一栋按我国规范设计的RC框架结构为研究对象，分别建立了未锈蚀和锈蚀结构的非线性有限元模型并进行了模型验证。分别采用云图法和条带法计算得到了钢筋混凝土结构在未锈蚀和锈蚀两种工况下的地震易损性曲线和函数参数，对锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析的特殊性及其对地震易损性分析结果的影响进行了分析。分析结果表明：不考虑钢筋锈蚀引起的结构自振周期延长会错误估计锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性水平。采用云图法分析锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性会出现锈蚀结构的极限状态失效概率低于未锈蚀结构的情况。而条带法比云图法可以更好地反映钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构地震易损性的影响。忽略钢筋锈蚀引起的结构抗震能力衰减会低估锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性水平，建议在锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析中采用基于Pushover的极限状态定义方法。     

A machine-learning-based two-step method for failure mode classification of reinforced concrete columns

钢筋混凝土柱在侧向地震力作用下具有弯曲、剪切和弯剪三种失效模式。不同的失效模式下钢筋混凝土柱具有不同的地震损伤特征。因此，准确地判别钢筋混凝土柱的失效模式对于准确评估钢筋混凝土结构的抗震性能具有重要意义。利用已有的钢筋混凝土柱滞回加载试验数据，采用机器学习方法，提出了一种钢筋混凝土柱失效模式两阶段判别方法。其中，第一阶段以钢筋混凝土柱的基本设计参数为输入变量，采用机器学习中的回归算法，建立钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形预测模型。第二阶段以钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形作为输入变量，采用机器学习中的分类算法，对钢筋混凝土柱的失效模式进行自动判别，实现了准确判别钢筋混凝土柱失效模式的目的。研究结果表明：极端随机树、AdaBoost、随机森林和梯度提升算法分别对受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形的预测效果最佳；极端随机树、梯度提升算法和最近邻居法分别对弯曲失效、剪切失效和弯剪失效具有最佳的分类效果；相比已有的钢筋混凝土柱失效模式分类方法，提出的两阶段分类方法具有与真实失效模式最为接近的分类结果，分类精度可以达到96%。     

锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素,会引起结构的自振周期延长、地震需求变化及抗震能力衰减,使得锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性分析不同于未锈蚀钢筋混凝土结构。以一栋按我国规范设计的RC框架结构为研究对象,分别建立了未锈蚀和锈蚀结构的非线性有限元模型并进行了模型验证。分别采用云图法和条带法计算得到了钢筋混凝土结构在未锈蚀和锈蚀两种工况下的地震易损性曲线和函数参数,对锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析的特殊性及其对地震易损性分析结果的影响进行了分析。分析结果表明：不考虑钢筋锈蚀引起的结构自振周期延长会错误估计锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性水平。采用云图法分析锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性会出现锈蚀结构的极限状态失效概率低于未锈蚀结构的情况。而条带法比云图法可以更好地反映钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构地震易损性的影响。忽略钢筋锈蚀引起的结构抗震能力衰减会低估锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性水平,建议在锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析中采用基于Pushover的极限状态定义方法。     

Lateral deformation of RC beams under simultaneous load and steel corrosion

Cracking of cover concrete due to steel corrosion is one of the clear physical indicators of loss of service life of corroding RC structures. Its prediction is therefore very important for service life modelling of these structures. Models developed to predict the time to cover cracking assume that stresses due to steel corrosion follow the principles of a thick-walled cylinder under internal pressure. Considering the errors in the models, this paper contests the applicability of the thick-walled cylinder approach to model the time to cover cracking as well as the rate of lateral expansion of concrete after cover cracking using experimental results from 12 RC beams (153 × 254 × 3000 mm) corroded under a sustained load. It is shown in the paper that, contrary to the assumptions of uniform expansion made in the thick-walled cylinder approach, before cracking of the cover concrete, tensile strains are applied on the face of beams where corrosion agents are drawn whilst other faces are in compression. Corroded steel coupons are used to verify that this variation of strains is caused by the corrosion process not being uniformly distributed around the steel bar. It is also shown in the paper how cracking and location of cracks affects the rate of lateral deformation of concrete due to steel corrosion.     

Probabilistic service life of reinforced concrete structures with randomly distributed corrosion-induced cracks

This paper proposed a probabilistic service life prediction method for reinforced concrete (RC) structures with randomly distributed chloride corrosion-induced cracking. In the proposed method, spatial randomness of environmental, geometric and physical factors was considered that influence corrosion process and crack propagation of RC structures at the material level. Karhunen–Loéve (KL) expansion method was utilised for modelling the spatial random fields. Four limit state functions were proposed based on four deterioration events (corrosion initiation, surface crack initiation, modulus degradation and exceedance of repair limit). Then, time-dependent reliability analyses of an RC bridge slab were conducted using the proposed method. Finally, sensitivity analysis of the statistical parameters including mean, variance, correlation length as well as the truncation number for KL expansion method were conducted to determine the effects of those parameters to the service life.     

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.     

基于锈胀开裂路径的混凝土构件耐久性能概率预测模型及应用

基于混凝土锈胀开裂过程的随机性,提出了一种预测钢筋锈蚀程度、锈胀裂缝开展状况及承载力退化程度时变特性的路径概率模型,并编制了计算程序,能有效评估和预测氯离子侵蚀、混凝土碳化及两者耦合作用环境下钢筋锈蚀状况、锈胀裂缝宽度开展及构件承载力退化程度在不同时段的概率分布,实现了混凝土构件从有害物质侵蚀、钢筋锈蚀、混凝土开裂、钢筋锈蚀加剧、混凝土裂缝宽度增大到构件承载力下降的性能劣化全过程的数值模拟。可预测的性能特征参数包括钢筋样本锈蚀百分比,锈蚀率,混凝土开裂面积百分比,裂缝宽度及构件承载力退化百分比。预测结果与现场检测获得的统计结果吻合良好,验证了该模型的可靠性和有效性。图18表5参18