混凝土结构耐久性设计方法与寿命预测研究进展_金伟良

锈蚀及疲劳损伤后钢筋混凝土梁寿命预测及敏感性分析
金伟良;余一凡;柏玉良
【期刊名称】《东南大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2024(54)2
【摘要】为了探究锈蚀和疲劳作用后钢筋混凝土梁的长期性能,基于试验建立了钢筋混凝土梁含初始损伤的长期性能计算模型.基于该模型建立了锈蚀及疲劳损伤后钢筋混凝土梁的极限状态方程,采用蒙特卡洛模拟研究了梁长期性能的时变可靠度并进行了寿命预测,分析了设计参数和初始损伤对梁使用寿命的影响,研究了试验梁满足100 a使用寿命的临界服役条件.结果表明,锈蚀和疲劳作用会严重削弱钢筋混凝土梁的长期性能,仅含4%锈蚀率和15%疲劳损伤梁的长期性能难以满足服役要求.增加梁的截面高度和钢筋截面面积可以有效地提高梁的长期性能,增大梁的截面宽度只能改善初始损伤小的梁的长期性能.
【总页数】8页(P260-267)
【作者】金伟良;余一凡;柏玉良
【作者单位】浙江大学结构工程研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TU375
【相关文献】
1.基于损伤理论的某钢筋混凝土梁疲劳寿命预测
2.锈蚀钢筋混凝土梁疲劳后的刚度分析与计算
3.碳纤维布加固钢筋混凝土梁常幅疲劳荷载作用下的疲劳寿命预测
4.
地铁工程钢筋混凝土梁疲劳损伤演化和寿命预测模型研究5.疲劳损伤与氯腐蚀作用后钢筋混凝土梁疲劳寿命预测
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混凝土结构耐久性的研究现状与展望【摘要】混凝土结构是土建工程中广泛采用的结构形式，但由于在其使用过程中经常会受到各种各样的腐蚀和损伤，经常达不到预定的使用年限，由此造成了巨大的经济损失，因此对混凝土结构的耐久性进行深入的研究意义重大。

本文对混凝土结构耐久性的阐述以及混凝土耐久性损伤的影响因素及混凝土结构耐久性损伤机理和成因研究等方面进行了总结阐述。

【关键词】混凝土结构；耐久性；损伤机理混凝土结构是以混凝土为主要材料制成的结构，包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构等结构形式。

这种结构广泛应用于建筑、桥梁、隧道、矿井以及水利、港口等工程。

但是由于各种各样的原因，大量的钢筋混凝土结构由于各种各样的原因而提前失效，达不到预定的服役年限；这其中有的是由于结构设计的抗力不足造成的，有的是由于使用荷载的不利变化引起的，但更多的是由于结构的耐久性不足导致的；特别是一些处于特殊使用环境中的建（构）筑物，如沿海及近海地区的混凝土结构，由于海洋环境对混凝土的腐蚀，导致钢筋锈蚀而使结构发生早期损坏，丧失了结构的耐久性能，这已成为实际工程中的重要问题。

早期损坏的结构需要花费大量的财力进行维修补强，甚至造成停工停产的巨大经济损失。

耐久性失效是导致混凝土结构在正常使用状态下失效的主要原因之一。

所谓混凝土结构的耐久性，是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下，在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力。

引起结构耐久性失效的原因存在于结构的设计、施工及维护的各个环节。

但是由于种种原因，混凝土的耐久性并没有完全的发挥，随着建筑物使用时间的加长、环境污染的加剧、使用不当以及不符合要求的材料和工艺的应用，导致了大量混凝土结构出现不同程度的碳化、开裂、变形、酥松、露筋、蜂窝、空洞、剥落等破坏现象。

在过分追经济效益的现在，这种问题更值得关注。

我国混凝土结构量大面广，随着环境的变迁和功要求的提高，耐久性问题越来越突出，是迫切需要加以解决的问题。

“沿海混凝土结构耐久性理论及应用技术”获国家科技进步二
等奖
佚名
【期刊名称】《建筑技术》
【年(卷),期】2009(40)4
【摘要】由杭州结构与地基处理研究会金伟良主持完成的．《沿海混凝土结构耐久性理论及应用技术》课题获2008年度国家科技进步二等奖。

该课题在国际上首次建立了混凝土构件耐久性退化全过程性能和极限状态，形成了基于可靠度的沿海混凝土结构耐久性评估和设计理论；首次确定耐久性设计区划标准，编制了我国首部《混凝土结构耐久性设计规程》；
【总页数】1页(P376-376)
【关键词】国家科技进步二等奖;结构耐久性;混凝土构件;沿海;技术;应用;耐久性评估;混凝土结构
【正文语种】中文
【中图分类】TU375;TQ264.11
【相关文献】
1.“玉米高产高效生产理论及技术体系研究与应用”获2011年国家科技进步二等奖 [J], 刘继华
2.提高海工混凝土结构耐久性寿命成套技术及推广应用——获2011年度国家科学技术进步奖二等奖 [J], 范卫国
3.“多通道多孔陶瓷膜成套装备与应用技术”获2002年度国家科技进步二等奖
[J],
4.“提高海工混凝土结构耐久性寿命成套技术及推广应用”获2011年度国家科学技术进步奖二等奖 [J], 张华
5.《200米级高碾压混凝土重力坝关键技术获国家科技进步二等奖 [J],
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混凝土结构全寿命等耐久性设计的理论框架陈琳;屈文俊;朱鹏【摘要】为延长混凝土结构的寿命，实现混凝土结构可持续发展，节约成本和资源，提高结构在寿命周期内的经济效益，基于等耐久性设计和全寿命设计理念，提出了全寿命等耐久性设计方法，指出了其核心研究内容，并对设计方法的基本思路、理论框架、设计过程进行了研究。

结果表明：全寿命等耐久性设计方法具有均衡结构耐久能力、延长使用寿命、减小全寿命成本的优点，可在结构设计的初步设计阶段发挥作用；将全寿命等耐久性设计方法应用于成本投入高、使用周期长的混凝土结构（如桥梁结构），有望带来可观的经济效益。

%In order to extend service life of concrete structures , realize the sustainable development of concrete structures ,save cost and resource ,and improve economic benefit during the life cycle ,life cycle equal durability design method (LC‐EDDM )was proposed based on equal durability design method and life cycle design method , and the core research contents were presented .The basic principle ,framework ,design process of LC‐EDDM were studied . The results show that LC‐EDDM is helpful to balance the durabilityability ,extend the service life and save life cycle cost .The method plays an efficient role in the preliminary design stage in the structuraldesign .Economic benefits can be got if LC‐EDDM is applied to concrete structures with high costs and long service lives ,such as bridges .【期刊名称】《建筑科学与工程学报》【年(卷),期】2016(033)003【总页数】11页(P93-103)【关键词】混凝土结构;全寿命等耐久性设计;理论框架;设计过程【作者】陈琳;屈文俊;朱鹏【作者单位】同济大学建筑工程系，上海 200092;同济大学建筑工程系，上海200092;同济大学建筑工程系，上海 200092【正文语种】中文【中图分类】TU318.1早期修建的钢筋混凝土结构在未达到服役年限时即出现了严重的耐久性破坏，为了修复这些结构，投入了大量的人力物力，这些后期费用远远超出了结构的初建费用。

文章编号:1000-6869(2007)01-0007-07混凝土结构耐久性设计方法与寿命预测研究进展金伟良,吕清芳,赵羽习,干伟忠(浙江大学结构工程研究所,浙江杭州310027)摘要:由混凝土结构耐久性定义入手,首先评述现有的混凝土结构耐久性设计方法,提出耐久性设计的发展应结合结构全生命周期成本(SLCC)的理念;其次总结了结构耐久性的评估和寿命预测方法的研究现状,认为耐久性的评估与寿命预测需要研究确立反映结构使用寿命的耐久性指标,并建立基于动态评估方法的寿命评估体系;最后提出上述方面发展领域尚待解决的一些基本问题,包括:界定给定环境和使用要求下的混凝土结构耐久性失效极限状态;确定表征材料与结构耐久特征的指标与参数;建立耐久性动态检测数据分析理论等。

关键词:混凝土结构;耐久性;结构全生命周期成本(S LCC);综述中图分类号:TU375 文献标识码:AResearch progress on the durability design and life predictionof concrete structuresJI N Weiliang,L B Qingfang,ZHAO Yuxi,GAN Weizhong(Department of Civil Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China)Abstract:This paper starts with the definition of concrete -struc tural durability.Then it presents that durability design method should be combined with the theory of Structural Life -Cycle C ost(SLC C)based on the survey of the recent durability design theories.Moreover,the current situation of evaluation and life prediction of durable concre te structures are summarized,which makes it necessary to determine a durability index reflecting service life and a dynamic life -assessment st,several basic problems in this domain are brought forth,including definition of durability limit state for c oncrete structures under given environmental condition and usage require ment,determination of inde xes and parameters representing the durability characters of materials as well as structures and establishment of theory for analysis of durability dynamic detection data.Keywords:concrete structure;durability;structural life -cycle cost(SLCC);summary基金项目:国家自然科学基金重点项目/氯盐侵蚀环境的混凝土结构耐久性设计与评估基础理论研究0(50538070)资助。

混凝土结构的耐久性评估与预测研究一、前言混凝土结构是现代建筑中最常见的建筑材料之一，其优点为强度高、耐久性好、易于加工等。

然而，由于气候、环境以及使用条件的不同，混凝土结构的耐久性会受到影响，从而导致混凝土结构的损坏和破坏。

因此，混凝土结构的耐久性评估和预测研究对于保障建筑结构的安全和可靠性至关重要。

二、耐久性评估的概念和方法1. 耐久性评估的概念耐久性评估是指通过对混凝土结构的材料、设计、施工、使用、维护等方面进行综合评估，确定混凝土结构的耐久性状态，并预测其未来的耐久性状况。

耐久性评估是混凝土结构维护和保养的重要依据。

2. 耐久性评估的方法（1）基础资料收集法：通过调查混凝土结构的设计、施工、使用和维护情况等基础资料，了解混凝土结构的历史和现状。

（2）检测和测试法：通过对混凝土结构进行力学性能、结构安全、氯离子渗透、碳化深度、裂缝、锈蚀等检测和测试，判断混凝土结构的耐久性状态。

（3）模拟和预测法：通过对混凝土结构的使用条件、环境和材料等因素进行模拟和预测，评估混凝土结构的未来耐久性状况。

三、混凝土结构耐久性评估的影响因素1. 材料因素混凝土结构的材料是其基础，混凝土的强度、抗渗性、耐久性等是保证混凝土结构耐久性的重要因素。

材料因素包括水泥、骨料、外加剂、钢筋等。

2. 设计因素混凝土结构的设计是建筑结构的核心，设计合理性和科学性直接关系到建筑结构的安全和耐久性。

设计因素包括结构类型、荷载、构造、施工工艺等。

3. 施工因素混凝土结构的施工质量直接影响其耐久性，施工因素包括混凝土浇筑、养护、防水、防腐等。

4. 使用因素混凝土结构在使用过程中受到气候、环境、荷载等多种因素的影响，使用因素包括使用环境、维护保养、自然灾害等。

四、混凝土结构耐久性预测的方法1. 经验法经验法是基于混凝土结构的历史数据和经验进行预测的方法，通过对历史数据进行分析和总结，推断混凝土结构未来的耐久性状况。

2. 数学模型法数学模型法是基于混凝土结构的物理和化学原理，通过建立数学模型进行预测的方法。

混凝土结构耐久性设计及寿命预测摘要：当前，我国相关规范条例在考虑混凝土结构耐久性时，缺乏对混凝土结构的耐久效果在一定时间内的变化情况，与混凝土结构耐久性及使用寿命的实际要求不符。

因此，混凝土结构设计并不仅仅局限于构造设计上，而需要扩展到结构设计使用期限的可靠性上。

混凝土结构的使用寿命受多方面因素的影响，要对其结构耐久性设计及寿命做出准确的预测，就需要采取有效的方法进行研究和分析。

本文结合个人在土建施工过程中遇到的实际问题，以自有的实际施工经验为基础，展开下列论述，以期进一步规范建设标准，更好地控制施工质量，达到经济效益与工程质量共赢的目的。

关键词：混凝土结构耐久性设计寿命预测随着社会经济发展速度加快，我国交通运输能力面临巨大的挑战和考验，促使我国近年来不断兴建交通运输工程，而且交通运输项目逐年增加，为了适应交通运输事业大发展的新形势，必须进一步强化混凝土结构的强度和耐久性，提高混凝土结构在工程项目建设中的使用寿命。

本文对混凝土结构耐久性设计及寿命预测展开讨论，分析并提出增强混凝土结构耐久性和使用寿命的预测策略，不断优化建筑工程混凝土结构的质量性能，使其能够在现代建筑工程中发挥更大的作用。

一、混凝土结构质量的预防措施第一，混凝土的性能很大程度上取决于水泥的质量和数量，在保证混凝土性能的前提下，应尽量节约水泥、降低工程造价。

根据工程特点，气候和环境条件，正确选择水泥品种及强度等级，严格按照规范及设计要求，检测水泥物理性质，综合评价水泥质量的优劣，实行优胜劣汰，选择水泥供应商，确保选用水泥强度等级应与要求配制的混凝土强度等级相适应。

第二，骨料应采用级配良好，要严格按照规范及设计要求、质地坚硬、颗粒洁净的材料。

加强原材料的检测频率，减少能使水泥水化、或能降低集料与水泥石粘附性，以及能与水泥水化产物产生不良化学反应的有害物质。

第三，慎用外加剂，可在不增加用水量和水泥用量的情况下，有效地改善混凝土拌合物的工作性，同时可以提高混凝土的强度和耐久性。

中国土木工程学会标准CCES 01－2004(2005年修订版) －————————————————————————————混凝土结构耐久性设计与施工指南Guide to Durability Design and Constructionof Concrete Structures中国土木工程学会2005年9月2005年修订版说明根据《指南》第一版(CCES 01－2004)使用过程中征集到的意见、建议以及近期获得的新的信息，这一修订版对原有条文作了局部的修改、补充和必要的订正，并以单印本的形式正式发行，取代原先刊载于文集《混凝土结构耐久性设计与施工指南》（中国建筑工业出版社2004年5月第一版）中的条文。

与第一版相比，修订版增添了一些新的条文和附录，篇幅增加近40％。

读者如欲继续使用指南第一版中的条文内容，请注意新的修订版中已作出的更改，后者可从以下网站查得：中国土木工程学会 2005年9月2004年第一版前言鉴于工程安全性与耐久性对我国当前大规模土建工程建设的重要意义，中国工程院土木水利与建筑工程学部于2000年提出了一个名为“工程结构安全性与耐久性研究”的咨询项目，旨在联络国内专家，就我国土木和建筑工程结构安全性与耐久性的现状与亟待解决的问题进行探讨，并为政府部门提供技术政策方面的建议。

考虑到混凝土结构的耐久性问题最为突出，而现行的设计与施工规范在许多方面又不能保证工程的耐久性需要，所以项目组决定联系各方专家，组织成立编审组，着手编写混凝土结构耐久性设计与施工的指导性技术文件，供工程设计、施工与管理人员使用。

与此同时，国家建设部建筑业司和科技司也委托中国土木工程学会与清华大学土木系就建筑物耐久性与使用年限的课题进行研究。

这份《混凝土结构耐久性设计与施工指南》，就是依托上述项目和课题，在国内众多专家的共同参与下编审完成的。

环境作用下的混凝土结构劣化机理非常复杂，有许多方面目前还认识不清，而且耐久性问题又具有相当大的不确定性与不确知性。

水泥混凝土耐久性评估与寿命预测研究随着生活水平的提高以及城市化进程的加速，建筑行业在我国得到了快速发展。

而作为建筑行业中的重要材料之一，水泥混凝土在建筑物的结构中扮演着非常重要的角色。

然而，由于环境气候、自然灾害等因素的影响，长期使用后水泥混凝土可能会出现各种损伤和老化现象，从而严重影响建筑的稳定性和安全性，因此，如何评估水泥混凝土的耐久性并进行寿命预测研究成为了一项非常重要的工作。

一、水泥混凝土的耐久性评估水泥混凝土的耐久性主要指其在各种环境条件下的抗损伤能力。

主要的损伤包括化学侵蚀、碳化、冻融损伤、微裂缝等。

因此，评估水泥混凝土的耐久性需要考虑各种损伤机理和环境因素。

目前，常用的水泥混凝土耐久性评估方法主要包括实验室试验、现场测量和结构状态监测等。

实验室试验：通过在实验室中模拟各种水泥混凝土所遭遇到的环境条件和损伤机理，进行试验并分析试验结果，从而评估水泥混凝土的耐久性和抗损伤能力。

例如，可以进行酸碱度试验、盐雾试验、高温试验等。

现场测量：通过在实际工程中测量水泥混凝土表层的厚度、硬度、渗透性等指标，进而评估水泥混凝土的抗损伤能力。

例如，可以用电阻率仪进行电阻率测量，以分析水泥混凝土的含水量和电学特性。

结构状态监测：通过对建筑结构进行监测，分析建筑结构的变形、应力、振动等参数，从而评估水泥混凝土的疲劳寿命和耐久性。

例如，可以使用应变计、加速度计等监测设备进行长期监测。

二、水泥混凝土的寿命预测研究水泥混凝土的寿命预测研究是指通过对水泥混凝土的耐久性评估，结合现有的建筑设计和施工技术，预测出其未来的使用寿命。

目前，常用的水泥混凝土寿命预测方法主要包括经验法、物理学模型法和数学模型法等。

经验法：依据已有的建筑工程经验和实际使用情况，对水泥混凝土的使用寿命进行预测。

例如，对于建筑的屋顶或墙体，根据常规工程设计和使用条件，可以预测出其寿命一般在20~30年左右。

物理学模型法：建立基于物理学原理的模型，通过数学模拟和仿真分析的方式，预测水泥混凝土的寿命。

混凝土耐久性的研究概况及发展趋势摘要：混凝土耐久性是全球性的课题，本文按照时间顺序了总结了国内对混凝土耐久性的研究情况，并对混凝土耐久性的发展趋势进行了分析和预测。

关键词：混凝土耐久性委员会研究钢筋锈蚀混凝土结构耐久性，是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下，在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力。

（一）研究概况我国从20世纪60年代开始混凝土结构的耐久性研究。

当时的研究内容是混凝土的碳化和钢筋的锈蚀。

80年代初，我国对混凝土结构的耐久性进行了广泛而深入的研究，取得了不少成果。

中国土木工程学会与1982、1983年连续两次召开了全国耐久性学术会议，为随后混凝土结构规范的科学修订奠定了基础，推动了耐久性研究工作的进一步开展。

铁道部、交通部和中国土木工程学会等有关部门结合工程的需要对混凝土结构的腐蚀组织进行了实验研究，收集了大量的实验数据。

各个高等院校作为科研工作的主要力量之一，也为混凝土耐久性研究做了很多工作。

我国对钢筋混凝土结构耐久性问题，从20世纪80年代起日益引起重视，逐渐形成有组织地系统地开展研究。

1989年我国颁布了《钢铁工业建（构）筑物可靠性鉴定规程》（YBJ219-89）,其中规定了钢筋混凝土结构使用寿命预测方法；1990年在中国工程建设标准化协会下成立了“全国建筑物鉴定加固标准委员会”，两年召开一次学术会议；1991年全国钢筋混凝土标准技术委员会下成立“混凝土耐久性学组”；1992年中国土木工程学会混凝土及预应力混凝土分科学会下成立“混凝土耐久性专业委员会”，迄今已召开过5次学术交流会。

建设部、冶金部在在“七五” 、“八五” 、和“九五”期间都设立了混凝土结构耐久性课题。

“七五”期间攻关课题“大气条件下钢筋混凝土结构耐久性及其使用年限”；“八五”期间攻关课题“预应力混凝土结构及混凝土耐久性技术”、“工业厂房混凝土结构耐久性研究”。

土木工程材料结课论文题目：混凝土耐久性与寿命预测摘要摘要：实现混凝土工程的高耐久和长寿命是效益巨大的节能减排和可持续发展之举措, 混凝土的耐久性成为影响混凝土技术未来发展的关键技术已成为共识。

混凝土结构的耐久性问题是一个十分复杂的工程问题，不仅影响到结构的使用寿命，更加影响到整个社会的经济效益。

本文介绍了混凝土结构耐久性的研究现状，详细阐述了混凝土结构耐久性的影响因素、研究方法以及耐久寿命的定义，重点介绍了混凝土结构材料耐久寿命预测的研究方法，最后提出了混凝土结构耐久性需进一步研究的问题。

关键词：混凝土；耐久性；研究现状；寿命预测水泥混凝土以其原材料易得、易浇注成型、适应性强、性价比高、综合能耗低等优点而成为当今世界上应用最广泛、用量最大的建筑材料。

尽管现代材料科学发展日新月异, 但仍然没有科学家能预言可替代水泥混凝土的建筑材料新品种。

从20 世纪30 —40 年代开始,西方国家出于战后重建、工业化、城市化以及能源开发的需要, 用混凝土修建了大量的基础设施, 混凝土用量持续增长。

之后, 发展中国家经济的强劲增长进一步助推了混凝土用量的迅猛增长。

1987 年, 美国国家材料顾问委员会提交的调查研究报告使混凝土结构的耐久性在美国乃至世界范围内引起轰动。

该报告指出, 大约25.3 万座混凝土桥梁的桥面板, 其中部分仅使用不到20 年就已经发生不同程度地损坏, 使用年限远低于40 ～50 年的设计寿命。

大量混凝土结构过早出现严重劣化引起了世界范围内对混凝土耐久性的高度关注, 不仅是因为需要花费巨资修补加固甚至重建, 还在于当今世界人口膨胀、能源供应紧张、环境污染、温室效应导致的气候变暖和生态恶化对可持续发展的迫切需要。

混凝土耐久性成为关注焦点促进了世界范围内混凝土理论和技术的快速发展和进步, “混凝土耐久性的整体论模型”、“混凝土结构的寿命预测”、“混凝土结构寿命周期评价(影响评价、成本分析)”等新认识、新方法的出现, 将会为克服混凝土结构在服役过程中的过早劣化问题、实现混凝土技术的可持续发展提供强有力支撑。

提升钢筋混凝土结构耐久性技术研究进展钢筋混凝土结构是现代建筑中常见的一种结构形式，它具有承载能力强、耐久性好等优点。

随着建筑结构的老化和环境条件的恶化，钢筋混凝土结构的耐久性问题逐渐凸显。

为了提高钢筋混凝土结构的耐久性，科研人员们进行了大量的技术研究，取得了一些进展。

本文将从材料改性、结构设计和监测技术等方面，探讨钢筋混凝土结构耐久性技术研究的进展。

一、材料改性在钢筋混凝土结构中，水泥是最主要的材料之一。

传统水泥在使用过程中存在着收缩、开裂等问题，影响了混凝土的耐久性。

为了解决这一问题，科研人员开始研究新型水泥材料，如高性能混凝土、自养修复混凝土等。

这些新型水泥材料具有较低的收缩率、较高的抗裂性能，能够有效提升钢筋混凝土结构的耐久性。

纤维增强混凝土的研究也取得了一定的进展。

纤维可以有效地改善混凝土的抗裂性能和抗冻融性能，延长混凝土的使用寿命。

纳米材料在混凝土中的应用也成为研究的热点之一。

纳米材料具有较小的尺寸和较大的比表面积，可以有效地改善混凝土的力学性能和耐久性能。

二、结构设计钢筋混凝土结构的设计也是影响其耐久性的重要因素之一。

近年来，结构工程师们开始将耐久性纳入到结构设计的考虑之中，提出了一系列新的设计理念和方法。

钢筋混凝土结构的通气性和渗透性是影响其耐久性的重要因素。

科研人员开始研究通气性混凝土和防水混凝土等新型材料，以改善混凝土的通气性和渗透性。

利用多孔材料和纳米材料等技术手段，可以有效地提高混凝土的抗渗性能，延长其使用寿命。

钢筋混凝土结构的防腐蚀措施也是提升其耐久性的重要途径。

在实际工程中，常常采用阴极保护、防腐蚀涂层等方法来延长钢筋的使用寿命。

近年来，一些新型防腐蚀技术如电化学技术、超声波防腐蚀技术等也开始被应用到钢筋混凝土结构中。

结构健康监测技术的发展也对钢筋混凝土结构的耐久性提升起到了重要作用。

通过对结构的监测和评估，可以及时发现结构存在的问题，采取相应的修复措施，延长结构的使用寿命。

氯盐环境下混凝土结构的耐久性设计方法钟小平;金伟良;张宝健【摘要】为了建立氯盐腐蚀环境下混凝土结构的耐久性设计方法,根据混凝土结构性能劣化的特点,在分析结构耐久性失效状态、可靠度设置水平、环境荷载及抗力影响因素的基础上,建立了钢筋初锈、保护层锈胀开裂及锈胀损伤达到最大限值这3种情况下的耐久性极限状态方程.基于结构可靠度设计理论,引入荷载和抗力变量的分项系数来反映结构耐久目标可靠指标的要求,建立了结构耐久性设计的分项系数表达形式.按照概率设计与分项系数设计具有相同可靠度水平的原则,给出了抗力分项系数的确定方法及不同耐久性极限状态下抗力分项系数的取值.【期刊名称】《建筑材料学报》【年(卷),期】2016(019)003【总页数】6页(P544-549)【关键词】氯盐环境;混凝土结构;可靠度;分项系数;耐久性设计【作者】钟小平;金伟良;张宝健【作者单位】扬州大学建筑科学与工程学院,江苏扬州 225127;浙江大学结构工程研究所,浙江杭州 310058;浙江大学结构工程研究所,浙江杭州 310058;广东益华集团投资有限公司江苏分公司,江苏镇江 212000【正文语种】中文【中图分类】TU31受氯盐侵蚀作用的混凝土结构，尤其是一些桥梁、海港码头等，会经常出现不同程度的钢筋锈蚀、混凝土破损等现象，其耐久性问题较为突出[1].混凝土结构的耐久性不足，导致结构使用功能和安全可靠性能降低，并由此产生了高额的维护维修费用及安全隐患等问题.因此，为保障结构安全可靠运行及减小维护维修带来的经济损失，需要针对不同氯盐侵蚀作用程度来开展混凝土结构的耐久性设计.有关混凝土结构耐久性设计方法的研究，国内外已取得了一定的成果.1989年欧洲出版了“CEB 耐久混凝土结构设计指南”，1990年日本发布了“混凝土结构耐久性设计建议”，1996年国际材料与结构研究实验室联合会(RILEM)出版了“混凝土结构的耐久性设计”报告.然而，这些指南或建议都未能对混凝土结构的耐久性能进行量化.随着对于混凝土耐久性研究的不断深入，2000年欧盟发表了“General Guidelines for Durability Design and Redesign”的研究总报告[2]，该报告中引入了混凝土结构的使用寿命设计，使结构的耐久性设计逐步有了量的概念.之后，部分学者[3]对混凝土结构耐久性设计的概率方法进行了研究.中国在总结国内外研究成果的基础上，于2000年～2010年间先后颁布了JTJ 275—2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》，CCES 01—2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》，GB/T 50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》，TB 10005—2010/J 1167—2011《铁路混凝土结构耐久性设计规范》.这些指南或规范的问世，对提高混凝土结构的耐久性能起到了积极作用.然而，上述指南或规范中的混凝土结构耐久性设计至今仍主要从材料、构造、施工、养护等方面来考虑结构的耐久性问题，如规定最小混凝土保护层厚度，最大水灰比、最小水泥用量、含气量和水泥类别等.显然，这些规定不可能给出混凝土结构耐久性能与其使用寿命之间的清晰关系以及业主可能承担的风险水平.为了能够量化结构的耐久可靠性能，本文针对氯盐环境下的混凝土结构，根据其性能劣化的特点，在分析结构耐久性失效状态及可靠度设置水平的基础上，引入荷载和抗力变量的分项系数来反映结构耐久目标可靠指标的要求，从而建立一种基于可靠度的混凝土结构耐久性定量化设计方法.处于氯盐环境中的混凝土结构，其中的钢筋锈蚀是导致结构性能劣化的最主要原因.根据钢筋锈蚀程度的发展变化过程，Tuutti在1982年提出了钢筋锈蚀的两阶段模型[4]，该模型由锈蚀诱导期和锈蚀发展期组成.在锈蚀诱导期，钢筋并未发生锈蚀，此时的混凝土结构性能没有明显变化；当钢筋进入锈蚀发展期后，由于锈蚀产物的产生和发展，锈胀力导致混凝土保护层胀裂、剥落等现象相继发生，混凝土结构性能劣化速度显著加快，承载力、可靠度指标等均降低.根据钢筋锈蚀对混凝土结构性能的影响，可将锈蚀发展期进一步划分为钢筋初锈至保护层锈胀开裂、保护层锈胀开裂至累积损伤达到容许极限及适用性不满足要求至承载能力受到影响3个阶段.从已有的混凝土结构性能劣化机理和过程分析来看，混凝土结构的耐久性问题贯穿于结构的整个寿命期，并对结构性能产生不同程度的影响.因此，对混凝土结构进行耐久性设计，不能仅仅停留在对结构材料、构造、施工、养护等方面的定性规定，还必须考虑耐久性对结构安全性和适用性的定量影响.2.1 耐久性极限状态结构耐久性设计是以性能设计为基础的，性能设计的核心是满足结构预定的功能要求及体现业主的个性化需求[5].按照性能设计的思想以及结构使用过程中的性能表现，在混凝土结构的整个生命历程中，劣化过程的各个阶段均可以作为耐久性极限状态的基准，因此，耐久性极限状态是动态的性能状态，可以根据使用者的需要来定义，不同的耐久性能极限状态，体现了业主或使用者对结构某项性能的要求.根据目前对混凝土结构性能劣化过程的研究，混凝土内钢筋开始锈蚀、保护层锈胀开裂、锈胀损伤达到一定限值是结构全寿命性能非常关键的几个时间节点，常常被选作为耐久性失效的极限状态.下面将对这几种极限状态在可靠度水平设置、极限状态函数确定及概率模型设计等方面进行深入研究.2.2 目标可靠指标在基于可靠度的耐久性设计研究中，耐久性失效状态的可靠度水平设置即目标可靠指标的确定非常关键，它是结构耐久可靠性分析的基础.由于目前结构耐久性极限状态设计的内容尚未纳入结构设计规范，因此，也就缺少耐久性极限状态的目标可靠指标.文献[5]在考虑公众心理、失效状态下修复损伤的可能性、结构的重要性程度、失效的后果、耐久性等级以及寿命期内的经济性等因素后，给出钢筋初锈、保护层锈胀开裂时刻及锈胀损伤(锈胀裂缝宽度或钢筋锈蚀深度)达到容许限值时的可靠指标分别为1.0，1.5，2.0.3.1 耐久性设计的概率模型耐久性设计和结构设计一样，依据的是结构性能、极限状态和可靠度.在进行结构承载力设计时，荷载与抗力变量的定义是明确的，荷载变量有人群、车辆、雪、风和机械荷载等，抗力变量为材料参数，如混凝土抗压强度和钢筋屈服强度.与结构规范中设计的概念相似，这种定义也可以用于耐久性设计，以材料变量表示抗力变量，而描述环境的变量即为荷载变量.因此，结构在环境荷载作用下的极限状态函数Z可以表示为：式中：R为结构抗力；SL为环境作用效应.如果把钢筋开始锈蚀、保护层锈胀开裂或是锈胀损伤(锈胀裂缝宽度或钢筋锈蚀深度)达到可接受程度看作是“失效”，则结构失效概率pf可以写作：式中：ptarget为目标失效概率.当确定了环境作用效应、结构抗力的统计参数及概率分布类型后，即可利用式(2)的概率模型，对不同的耐久性极限状态进行概率设计.然而，考虑到概率可靠度方法计算复杂，不便于实际工程运用，因此，借助承载力极限状态实用设计表达形式的推导方法，采用分项系数的方式来设计结构的耐久性极限状态.通过选择相应的分项系数，使之尽可能达到目标可靠指标的要求.3.2 耐久性分项系数设计方法将复杂的概率设计转换为分项系数设计的表达形式时，需要确定能满足耐久目标可靠指标要求的各分项系数.对于荷载分项系数，承载力极限状态设计中将其分为恒载分项系数和活载分项系数两部分，考虑的是恒载+活载的简单组合.然而，对于侵蚀环境作用下的耐久性设计而言，由于考虑的是耐久性引起的正常使用问题，因此，环境的影响是最主要因素，结构自重对耐久性极限状态的影响可以忽略不计，即可仅考虑环境影响产生的作用效应及相应的分项系数.对于抗力分项系数，当给定环境作用分项系数后，利用等可靠度水平设置的原则，即可确定满足耐久目标可靠指标要求的耐久性抗力分项系数γD，其方法如下：在环境荷载作用下，采用概率方法设计时，结构的极限状态方程为：采用分项系数法设计时(仅考虑氯离子荷载)，结构的设计表达式可表示为：式中：SLk为环境活载标准值效应；Rk为抗力标准值；γQ为环境作用分项系数.按照分项系数设计方法所设计的结构与按照概率方法所设计的结构应具有相同耐久可靠度水平.根据该原则，耐久性抗力分项系数为：式中为根据目标可靠指标按概率方法求得的抗力标准值.4.1 钢筋初锈状态4.1.1 环境荷载效应及抗力氯盐环境下的混凝土结构，氯离子在混凝土中扩散、累积的结果是导致钢筋锈蚀的主要原因，故可将结构表面的氯离子含量(质量分数，下同)视作为环境荷载.在环境荷载作用下，假设混凝土拌和物中的氯离子含量可以忽略不计，由Fick第二扩散定律，环境作用效应可以表示为：式中：X为氯离子的扩散深度；t为暴露时间；Cs为混凝土表面处以混凝土质量为基准的氯离子含量；D为混凝土中的氯离子扩散系数；C(x，t)为t时刻距混凝土表面x处的氯离子含量.氯离子侵入到钢筋表面并达到钢筋锈蚀的临界值时，钢筋开始锈蚀，这一过程的长短取决于混凝土保护层厚度和混凝土保护层质量，因而将混凝土保护层厚度及其质量视作结构对氯离子侵蚀的抗力.对于给定的环境，耐久性设计就是要为混凝土保护层质量和厚度的确定提供依据，即通过定量设计来确定混凝土保护层的厚度.如同承载力设计确定抗力的方法一样，当考虑结构设计使用寿命要求，确定氯离子荷载设计值及材料性能参数后，距混凝土表面x处的氯离子含量C(x，t)=Ccr(以混凝土质量为基准的临界氯离子含量)时，所对应的扩散深度Xcr即为耐久性设计所需的最小保护层厚度，此时，侵蚀抗力Rp可表示为：注意通过式(7)来确定钢筋初锈所需的最小保护层厚度(侵蚀抗力)时，式中的表面氯离子含量为环境荷载设计值，需将其作为常量来处理.考虑计算模式不定性后，抗力可表示为：于是，构件抗力统计参数为：其中：μRp=Rp[μD，μCcr]；；上述式中：μR，δR分别为抗力的均值和变异系数；μD为氯离子扩散系数的均值；KP为计算模式不确定性随机变量；μKP，δKP分别为随机变量KP的平均值和变异系数；μXcr，δXcr分别为Xcr的均值和变异系数；Xi表示Rp中的随机变量，μ表示偏导数在平均值处取值.4.1.2 极限状态方程以氯离子侵蚀到钢筋表面并使其开始锈蚀作为失效标准，将氯离子侵蚀深度作为环境荷载效应，而将钢筋开始锈蚀的扩散深度作为结构抗力，则极限状态方程和失效概率设计表达式为：Z=R-SL=KpXcr-KpX=0pf= p(R-SL<0)=p(KpXcr-KpX<0)<ptarget4.1.3 钢筋初锈状态耐久性抗力分项系数γD，0的确定环境侵蚀作用是变化的，是1个变量，难以准确预测，需要乘以1个分项系数，使之对侵蚀荷载的估计偏于安全.参考文献[6]的建议，本文取氯离子作用(表面氯离子含量)的分项系数为1.2.处于环境作用下的结构，必须能抵抗其侵蚀作用.侵蚀抗力与结构所处的环境条件有关，本文在确定不同耐久性失效状态的抗力分项系数时，考虑GB/T 50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》中海洋氯化物环境为D(严重)、E(非常严重)、F(极端严重)3种等级下的情况.根据文献[7]，不同氯化物环境等级的氯离子荷载统计参数见表1.抗力R的统计参数由公式(9)，(10)求得，影响抗力的各变量统计参数见表2所示.以钢筋初锈作为结构耐久寿命终结的标准，根据前述给出的耐久性抗力分项系数的确定方法，当R服从对数正态分布，SL服从正态分布时，运用一次二阶矩法编制MATLAB程序，可获得与耐久目标可靠指标β=1.0相应的抗力标准值，然后由公式(5)求得钢筋初锈状态下不同环境作用等级的耐久性抗力分项系数γD，0，计算结果列于表3.4.2 保护层锈胀开裂状态4.2.1 荷载效应及抗力钢筋锈蚀引起的保护层开裂是由于锈胀力超过了混凝土的抗拉强度所致.使保护层开裂的锈胀力与钢筋的锈蚀量(锈蚀深度)有关.由Faraday腐蚀定律可知，钢筋的锈蚀深度与腐蚀电流密度成正比，在相同的时间内，腐蚀电流密度越大，钢筋的锈蚀深度越深，由此产生的锈胀力也越大.因此，在对锈胀开裂失效状态的可靠性进行分析时，可将腐蚀电流密度视为荷载随机变量，其引起的作用效应(锈蚀深度h(t))按下式计算[8]：，式中：t0为钢筋锈蚀开始发生的时间，a；t为钢筋锈蚀后的时间，a；tcr为保护层锈胀开裂时间，a；icorr(t)为随时间变化的腐蚀电流密度，μA/cm2；x1为混凝土保护层厚度，mm.当钢筋的锈蚀深度达到保护层开裂的临界锈蚀深度时，保护层即开裂.因此，可将保护层锈胀开裂时的临界锈蚀深度hcr视作为结构抗力，按下式确定[8]：式中：k1=1-0.07w1-0.54w2-2.47w3，w1，w2，w3分别为粉煤灰、矿渣、硅灰的质量分数；k2为钢筋位置修正系数，角区位置取k2=1.0，边中取k2=1.33；k3为钢筋种类修正系数，带肋钢筋取k3=1.0，光圆钢筋取k3=0.88；d为钢筋直径；fc为混凝土28d抗压强度.4.2.2 极限状态方程对于锈胀开裂失效状态，将腐蚀电流密度引起的锈蚀深度作为荷载效应，而将保护层锈胀开裂时刻的临界锈蚀深度作为结构抗力，则极限状态方程和失效概率可以表示为：式中：αcr为采用式(14)计算保护层锈胀开裂时钢筋临界锈蚀深度hcr的模式不确定性系数；α为采用式(13)确定钢筋锈蚀深度的模式不确定性系数.4.2.3 锈胀开裂状态耐久性抗力分项系数γD，cr确定腐蚀电流密度作为随机变量难以准确预测，需要乘以1个分项系数.参考结构设计中可变荷载分项系数的取值，本文建议腐蚀电流密度的分项系数取为1.4.表4给出了各主要影响因素的统计特性[9].其中，腐蚀电流密度由于缺乏相关的统计资料，因此，对于大气区(轻度盐雾)、大气区(重度盐雾)、潮汐浪溅区(非炎热地区)、潮汐浪溅区(炎热地区)的腐蚀电流密度变异性系数，本文分别假定为0.15，0.20，0.35和0.50.以混凝土保护层锈胀开裂作为结构耐久寿命终结的标准.采用与确定钢筋初锈状态下耐久性抗力分项系数γD，0一样的方法，可求得满足耐久目标可靠指标β=1.5的抗力分项系数γD，cr，计算结果也列于表3.4.3 锈胀损伤达到最大可接受程度的状态4.3.1 荷载效应和抗力混凝土保护层锈胀开裂后，锈胀裂缝为侵蚀介质的入侵提供了极为便利的通道，从而加速了钢筋的锈蚀速度.钢筋进一步锈蚀引起的结构损伤通常表现为裂缝宽度逐渐增大、混凝土保护层剥落及刚度降低等.所有这些影响正常使用的损伤现象，其发展变化的程度主要取决于钢筋的锈蚀程度(锈蚀深度)及腐蚀电流密度的大小.因此，与保护层胀裂失效状态一样，仍将腐蚀电流密度视为荷载随机变量，其引起的荷载效应由下式计算[8]：式中：h1(tcr)为由公式(13)计算的锈胀开裂时刻钢筋的锈蚀深度.将混凝土表面出现可接受最大外观损伤时的钢筋锈蚀深度hd作为结构抗力，hd可按下列公式估算[10].配有圆形钢筋的杆件：配有带肋钢筋的杆件：式中：fcuk为混凝土立方体抗压强度标准值.4.3.2 极限状态方程当确定了荷载作用效应及抗力模型后，锈胀损伤达到最大可接受程度的极限状态方程及失效概率分别为：式中：αd为计算hd的模式不确定系数；α为采用式(17)确定钢筋锈蚀深度的模式不确定系数.4.3.3 耐久性抗力分项系数γD，d计算以混凝土表面出现可接受最大外观损伤时的钢筋锈蚀深度作为结构耐久寿命终结的标准.采用如同钢筋初锈及保护层胀裂极限状态一样的方法来确定耐久性抗力分项系数γD，d.根据钢筋锈蚀深度达到最大可接受程度的耐久目标可靠指标β=2.0，考虑不同的环境作用等级，然后按照表4数据，可求得γD，d，结果同样列于表3.当确定了不同环境条件及不同耐久性极限状态的荷载和抗力分项系数后，即可按照式(4)的分项系数设计表达式对结构的耐久性进行定量设计，以保证劣化结构在设计使用寿命期内具有合格的可靠指标要求.(1)以结构可靠度理论为基础，引入荷载和抗力变量的分项系数来反映结构耐久目标可靠指标的要求，并按照概率设计与分项系数设计具有相同可靠度水平的原则，建立了基于可靠度的分项系数设计实用表达形式，给出了抗力分项系数取值的确定方法.(2)针对结构的耐久适用性能，考虑GB/T 50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》中海洋氯化物环境作用等级为C(中度)、D(严重)和E(非常严重)，建立了钢筋初锈、保护层锈胀开裂及锈胀损伤达到最大限值这3种状态下的耐久性极限状态方程，并分别给出了不同环境作用等级及不同耐久性极限状态下结构耐久性抗力分项系数的取值.【相关文献】[1] GJØRV O E.Durability design of concrete structures in severeenvironments[M].Norway：Taylor & Francis，2009:12-42.[2] Duracrete.General guidelines for durability design and redesign[R].[S.l.]:The European Union-Brite EuRam Ⅲ，2000.[3] FABRICE D，MYRIAM C，ALAIN S.Toward a probabilistic design of reinforced concrete durability:Application to a marine environment[J].Materials and Structures，2009，42(10):1379-1391.[4] TUTTI K.Corrosion of steel in concrete[R].Stockholm:Swedish Cement and Concrete Research Institute Report，1982.[5] 钟小平，金伟良.混凝土结构全寿命性能设计理论框架研究[J].工业建筑，2013，43(8):1-9. ZHONG Xiaoping，JIN Weiliang.Framework of design theory on whole life-cycleperformance in concrete Structure[J].Industrial Construction，2013，43(8):1-9.(in Chinese) [6] 刘秉京.混凝土结构耐久性设计[M].北京：人民交通出版社，2007:66-81.LIU Bingjing.Durability design of concrete structure[M].Beijing：China Communications Press，2007:66-81.(in Chinese)[7] 钟小平，金伟良，王毅.港口工程混凝土结构可变作用取值标准研究[J].浙江大学学报(工学版)，2013，47(10)：1830-1838.ZHONG Xiaoping，JIN Weiliang，WANG Yi.Variable action value criterion of concrete structure for port engineering[J].Journal of Zhejiang University(Engineering Science)，2013，47(10)：1830-1838.(in Chinese)[8] ZHONG X P，JIN W L，XIA J.A time-varying model for predicting the life-cycle flexural capacity of reinforced concrete beams[J].Advances in Structural Engineering，2015，18(1):21-32.[9] 李继华，林忠民，李明顺，等.建筑结构概率极限状态设计[M].北京：中国建筑工业出版社，1990:338-341.LI Jihua，LIN Zhongmin，LI Mingshun，et al.Probability limit state design for building structure[M].Beijing：China Architecture & Building Press，1990:338-341.(in Chinese) [10] CECS220.混凝土结构耐久性评定标准[S].北京:中国建筑工业出版社，2007.CECS220.Standard for durability assessment of concrete structures[S].Beijing:China Architecture & Building Press，2007.(in Chinese)。

混凝土结构耐久性设计与评估研究的进度计划1️⃣ 引言与背景分析混凝土结构作为现代建筑领域的主力军，其耐久性直接关系到建筑物的使用寿命与安全性。

随着环境条件的复杂化（如极端气候、化学侵蚀等），混凝土结构的耐久性设计与评估显得尤为重要。

本研究旨在通过系统性的进度计划，深入探讨混凝土结构耐久性的关键影响因素，提出有效的设计与评估方法，以延长结构寿命，降低维护成本。

2️⃣ 研究进度计划2.1 基础理论研究（第13个月）2.1.1 混凝土材料性能分析：研究不同配比、添加剂对混凝土抗渗性、抗裂性、抗化学侵蚀性等性能的影响。

2.1.2 耐久性机理探讨：分析混凝土内部微结构变化与外部环境因素（如水分、温度、盐雾等）的相互作用机制。

2.1.3 国内外研究现状综述：总结当前混凝土结构耐久性设计与评估的最新理论、方法及存在的问题。

2.2 实验设计与实施（第49个月）2.2.1 实验方案制定：根据理论研究结果，设计模拟实际环境条件的加速老化实验，包括不同侵蚀介质、应力水平下的耐久性测试。

2.2.2 试件制备与测试：制备标准混凝土试件，进行长期暴露实验及短期加速老化实验，定期检测其力学性能、微观结构变化及耐久性能指标。

2.2.3 数据记录与分析：建立详细的实验数据记录系统，运用统计学方法分析实验结果，评估各因素对混凝土耐久性的影响程度。

2.3 设计方法优化（第1012个月）2.3.1 耐久性设计原则与策略：基于实验结果，提出针对性的耐久性设计原则，如优化混凝土配比、采用高性能外加剂、设置防护层等。

2.3.2 评估体系构建：构建一套涵盖材料性能、结构设计、施工质量控制及后期维护管理的综合耐久性评估体系。

2.3.3 设计案例分析：选取典型工程案例，应用优化后的设计方法进行对比分析，验证其有效性与经济性。

2.4 成果总结与推广（第1314个月）2.4.1 研究成果汇总：整理实验数据、设计原则、评估体系及案例分析成果，形成研究报告。

浅谈砼结构耐久性
鄢飞;金伟良
【期刊名称】《福建建筑》
【年(卷),期】2000(000)B10
【摘要】本文浅述了砼结构耐久性的研究意义及研究现状，并简述了作者在这一领域所做的主要工作。

【总页数】3页(P101-103)
【作者】鄢飞;金伟良
【作者单位】浙江大学土木建筑学系;浙江大学土木建筑学系
【正文语种】中文
【中图分类】TU37
【相关文献】
1.砼结构耐久性的分析探讨 [J], 王昕蕾
2.浅谈钢筋砼结构的耐久性 [J], 王建花
3.砼结构耐久性研究现状综述 [J], 李永重;田仲初;李智
4.浅谈影响砼结构耐久性的因素 [J], 邵彩霞
5.沿海砼结构耐久性问题研究现状及应对措施 [J], 杨啸;陈哲
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