基于可靠性的在役混凝土结构剩余使用寿命预测

机械结构的可靠性与寿命预测机械结构的可靠性是指在特定工作条件下保证结构完整性和功能性的能力。

可靠性是机械设计中一个重要的指标，直接关系到设备的运行安全性和经济性。

预测机械结构的寿命可以帮助工程师进行合理的设计和维护，延长设备的使用寿命，并降低维修和更换成本。

一、可靠性分析方法传统的可靠性分析方法主要包括失效模式与效应分析（FMEA）和失效模式、影响和临界性分析（FMECA）。

FMEA主要通过对各个元件的失效模式、影响、严重程度和概率进行评估来分析和评估机械结构的可靠性。

而FMECA不仅对失效模式进行分析，还评估失效对结构和系统的影响及其临界性，从而确定关键元件和薄弱环节。

随着计算机技术的发展，可靠性工程师使用可靠性模型和仿真方法对机械结构进行可靠性预测。

可靠性模型根据物理性质、力学特性和失效机理对机械结构进行数学建模，以预测失效率、失效时间和可靠性指标。

仿真方法则基于计算机数值模拟和试验数据，通过随机仿真和模拟实验来预测结构的可靠性和寿命。

二、可靠性设计与优化机械结构的可靠性设计是通过考虑结构的载荷、材料、制造工艺和使用环境等因素，以满足设计寿命和可靠性指标的要求。

在设计阶段，需要进行系统可靠性分析，确定各个元件的可靠性指标；同时，进行故障树分析和可靠度块图分析，定位寿命瓶颈和薄弱环节，进行结构优化。

优化设计中的一种经典方法是可靠性的改造设计法。

该方法基于可靠性的敏感性分析，通过调整和改变结构参数、材料和工艺，以提高系统的可靠性。

此外，可靠性试验和人机工程学方法也可应用于优化设计过程中，以实现机械结构的可靠性和寿命预测。

三、寿命预测方法与模型机械结构的寿命预测是工程实际中一个关键的问题。

传统的寿命预测方法主要基于统计数据和经验公式，如正态分布、指数分布和Weibull分布模型等。

这些模型适用于大量未经修理的试验数据，但对于小样本和非线性失效数据的预测效果较差。

近年来，逐步考虑结构的精细化和复杂性，预测模型也得到了发展。

混凝土结构的碳化深度与寿命预测方法研究摘要混凝土结构是我国建筑基础的主要材料之一，然而，因为外界因素的影响，如酸雨、气候变化或水的渗透，混凝土结构开始向空气中释放碳化物。

这种现象会导致混凝土内部钢筋的锈蚀和膨胀，从而使混凝土的强度和寿命受到影响。

因此，对于预测混凝土结构寿命的研究变得越来越重要。

本文从碳化深度的角度出发，系统介绍了目前混凝土结构寿命预测的方法和技术，并分析了其优缺点。

同时，本文还简述了基于碳化深度的混凝土结构寿命预测方法，包括碳酸盐试验法、钢筋锈蚀试验法和电化学测试法等。

最后，本文提出了改进现有方法的一些措施，以期提高混凝土结构寿命预测的准确性和可靠性。

关键词：混凝土结构；碳化深度；寿命预测；碳酸盐试验法；钢筋锈蚀试验法；电化学测试法AbstractConcrete structures are one of the main materials forthe foundation of buildings in our country. However, due to external factors such as acid rain, climate change or water infiltration, concrete structures begin to release carbonates into the air. This phenomenon can lead to rusting and expansion of the steel bars inside the concrete, thusaffecting the strength and lifespan of the concrete. Therefore, research on predicting the lifespan of concrete structures has become increasingly important. Based on the carbonation depth, this paper systematically introduces the current methods and techniques for predicting the lifespan of concrete structures, and analyzes their advantages and disadvantages. At the same time, this paper also briefly describes the carbonation depth-based methods for predictingthe lifespan of concrete structures, including the carbonate test method, steel corrosion test method, and electrochemical test method. Finally, this paper proposes some measures to improve the existing methods, in order to improve theaccuracy and reliability of predicting the lifespan ofconcrete structures.Keywords: Concrete structure; Carbonation depth;Lifespan prediction; Carbonate test method; Steel corrosion test method; Electrochemical test method引言混凝土结构在我国建筑行业中被广泛使用，具有重要的地位。

在役高桩码头安全性耐久性剩余使用寿命分析发表时间：2020-06-08T14:36:02.850Z 来源：《基层建设》2020年第5期作者：张璐[导读] 摘要：本文以14#、15#高桩码头为研究对象，开展基于安全性和耐久性的在役高桩码头剩余使用寿命的试验研究，建立预测方法、剩余使用寿命计算为核心的在役码头寿命预测方法体系。

天津津港基础设施养护运营工程管理有限公司天津滨海新区 300450摘要：本文以14#、15#高桩码头为研究对象，开展基于安全性和耐久性的在役高桩码头剩余使用寿命的试验研究，建立预测方法、剩余使用寿命计算为核心的在役码头寿命预测方法体系。

关键词：安全性；耐久性；在役码头；使用寿命 1 引言国内外工程调研表明，由于受气候、环境、使用状况等因素的影响，我国89%的港口码头在使用7~25年后，出现不同程度的耐久性破坏。

这些码头在长期使用过程中，必然发生材质老化、结构损伤积累，造成结构性能退化，影响码头的安全使用。

2. 14#、15#泊位寿命预测方法建立实现混凝土结构剩余使用寿命预测，首先应确定各类混凝土结构寿命预测特征参数：混凝土碳化深度；钢筋锈蚀率；冻融循环次数。

2.1 基于混凝土碳化深度的寿命预测混凝土碳化在混凝土结构中最主要影响为容易引起钢筋脱钝锈蚀。

因此，混凝土碳化作为混凝土结构失效准则，用以预测混凝土结构寿命。

2.1.1 基于碳化深度的寿命预测模型混凝土碳化深度并不能作为钢筋表面开始锈蚀的标准。

因此，以下分两方面预测混凝土碳化寿命：（1）钢筋脱钝锈蚀时对应的碳化深度：式中，— 钢筋脱钝锈蚀时的混凝土碳化深度（）；— 钢筋锈蚀速度稳定时的混凝土碳化深度（）；—钢筋锈蚀速度稳定时的混凝土部分碳化区深度（）。

（2）钢筋脱钝锈蚀时间：大量试验结果表明，混凝土碳化深度与碳化时间的平方根成正比。

因此，得到由于混凝土碳化导致的钢筋开始锈蚀时间为，式中，—混凝土碳化影响系数，需经试验获得。

2.2. 基于钢筋锈蚀程度的寿命预测2.2.1.失效的4个阶段钢筋表面钝化膜失效是钢筋发生锈蚀的前提，而引起其原因主要包括混凝土碳化和氯离子侵蚀。

Hans Journal of Civil Engineering 土木工程, 2023, 12(2), 158-164 Published Online February 2023 in Hans. https:///journal/hjce https:///10.12677/hjce.2023.122019高桩码头结构耐久性及剩余使用寿命研究韩雨莘同济大学水利工程系，上海收稿日期：2023年1月23日；录用日期：2023年2月13日；发布日期：2023年2月27日摘要高桩码头的结构耐久性影响着在役码头的工作状况和剩余使用寿命。

本文参考相关工程规范并结合工程实践总结归纳了影响高桩码头结构耐久性的各项物理指标及相应的现场测度方法，以实现对高桩码头结构耐久性的全面评估。

通过确定性方法，即采用工程现场实测的混凝土保护层厚度、环境氯离子浓度和钢筋截面积等关键耐久性指标，提出了确定性计算方法对高桩码头结构剩余使用年限进行预测，并基于此为高桩码头的后期保养、维护提供具体指导意见。

关键词高桩码头，耐久性，使用年限Research on Durability and Remaining Service Life of High-Piled Wharf StructureYushen HanDepartment of Hydraulic Engineering, Tongji University, ShanghaiReceived: Jan. 23rd , 2023; accepted: Feb. 13th , 2023; published: Feb. 27th, 2023AbstractThe structural durability of a high-piled wharf affects the working condition and remaining ser-vice life of the wharf in service. Referring to relevant engineering specifications and combining with engineering practice, this paper summarizes various physical indicators and corresponding on-site measurement methods that affect the durability of high-piled wharf structures, in order to achieve a comprehensive evaluation of the durability of high-piled wharf structures. Through the deterministic method, that is, using the key durability indicators such as the thickness of the con-crete protective layer, the concentration of environmental chloride ions and the sectional area of reinforcement measured on the project site, a deterministic calculation method is proposed to韩雨莘predict the remaining service life of the high-piled wharf structure, and based on this, specific guidance is provided for the later maintenance and maintenance of the high-piled pile head. KeywordsHigh-Piled Wharf, Durability, Service LifeThis work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言我国2019年颁布的《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T50476-2019)对耐久性的定义为：使结构达到设计使用年限并具有规定保证率的最低要求。

第３９卷第５期２０２０年５月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报ＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＴＨＥＣＨＩＮＥＳＥＣＥＲＡＭＩＣＳＯＣＩＥＴＹＶｏｌ.３９㊀Ｎｏ.５Ｍａｙꎬ２０２０基于Ｗｅｉｂｕｌｌ分布的灌区混凝土建筑物寿命预测徐存东１ꎬ２ꎬ３ꎬ张㊀鹏１ꎬ连海东１ꎬ２ꎬ３ꎬ王㊀燕１ꎬ３ꎬ李㊀振１ꎬ谷丰佑１(１.华北水利水电大学ꎬ水利学院ꎬ郑州㊀４５００００ꎻ２.水资源高效利用与保障工程河南省协同创新中心ꎬ郑州㊀４５００００ꎻ３.河南省水工结构安全工程技术研究中心ꎬ郑州㊀４５００００)摘要:为了探究混凝土建筑物的服役状态和强度衰退在冻融作用下的性能劣化规律ꎬ选取了地处寒旱地区的甘肃省景电灌区输水渡槽建筑物为研究对象ꎬ采用回弹法和超声波检测法检测分析不同服役年限混凝土结构的表面强度和内部损伤程度ꎬ选用时间和相对动弹模量为指标ꎬ建立Ｗｅｉｂｕｌｌ寿命预测模型ꎬ利用现场数据进行了验证分析ꎮ结果表明ꎬ灌区渡槽的寿命预测结果符合Ｗｅｉｂｕｌｌ分布ꎬ其中渡槽槽壳损伤严重ꎬ其寿命直接决定渡槽整体的服役寿命ꎬ根据威布尔预测目标渡槽建筑物寿命约为６０~７０年ꎮ相关研究可为寒旱灌区更新改造提供理论依据ꎮ关键词:混凝土ꎻ渡槽ꎻ超声波平测法ꎻ回弹法ꎻＷｅｉｂｕｌｌ分布ꎻ寿命预测中图分类号:ＴＶ４３１㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１００１￣１６２５(２０２０)０５￣１４８３￣０８ＬｉｆｅＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆＣｏｎｃｒｅｔｅＢｕｉｌｄｉｎｇｓｉｎＩｒｒｉｇａｔｅｄＡｒｅａｓＢａｓｅｄｏｎＷｅｉｂｕｌｌＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＸＵＣｕｎｄｏｎｇ１ꎬ２ꎬ３ꎬＺＨＡＮＧＰｅｎｇ１ꎬＬＩＡＮＨａｉｄｏｎｇ１ꎬ２ꎬ３ꎬＷＡＮＧＹａｎ１ꎬ３ꎬＬＩＺｈｅｎ１ꎬＧＵＦｅｎｇｙｏｕ１(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙꎬＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒꎬＺｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００００ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＣｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＺｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００００ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＨｅｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＨｙｄｒａｕｌｉｃＳｔｒｕｃｔｕｒｅＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒꎬＺｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎｒｕｌｅｏｆｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｂｕｉｌｄｉｎｇｓｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｆｒｅｅｚｅ￣ｔｈａｗｏｎｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｓｔａｔｅａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈｄｅｃｌｉｎｅꎬｔｈｅｃｏｎｖｅｙａｎｃｅａｑｕｅｄｕｃｔｂｕｉｌｄｉｎｇｓｉｎＪｉｎｇｄｉａｎｉｒｒｉｇａｔｉｏｎａｒｅａｏｆＧａｎｓｕｐｒｏｖｉｎｃｅꎬｗｈｉｃｈａｒｅｌｏｃａｔｅｄｉｎｔｈｅｃｏｌｄａｎｄｄｒｙａｒｅａꎬｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ.Ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｔｈｅｄａｍａｇｅｌｅｖｅｌｓｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅｒｖｉｃｅｙｅａｒｓｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｂｙｒｅｂｏｕｎｄｍｅｔｈｏｄａｎｄｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｅｔｈｏｄ.ＡｌｉｆｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎＷｅｉｂｕｌｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ.Ｔｈｅｆｉｅｌｄｄａｔａｗｅｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ.ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｌｉｆｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆａｑｕｅｄｕｃｔｉｎｉｒｒｉｇａｔｉｏｎａｒｅａａｃｃｏｒｄｗｉｔｈＷｅｉｂｕｌｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ.Ｔｈｅａｑｕｅｄｕｃｔｓｈｅｌｌｉｓｓｅｒｉｏｕｓｌｙｄａｍａｇｅｄꎬａｎｄｉｔｓｌｉｆｅｄｉｒｅｃｔｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅｏｆａｑｕｅｄｕｃｔ.ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＷｅｉｂｕｌｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎꎬｔｈｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｔａｒｇｅｔａｑｕｅｄｕｃｔｂｕｉｌｄｉｎｇｉｓａｂｏｕｔ６０￣７０ｙｅａｒｓ.Ｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｒｅｎｅｗａｌａｎｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｃｏｌｄａｎｄｄｒｙｉｒｒｉｇａｔｉｏｎａｒｅａ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｏｎｃｒｅｔｅꎻａｑｕｅｄｕｃｔꎻｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔꎻｒｅｂｏｕｎｄｍｅｔｈｏｄꎻＷｅｉｂｕｌｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎꎻｌｉｆｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ基金项目:国家自然科学基金(５１５７９１０２ꎬ３１３６０２０４)ꎻ河南省高校科技创新团队支持计划(１９ＩＲＴＳＴＨＮ０３０)ꎻ河南省高等学校重点科研项目计划(２０Ａ５７０００６)作者简介:徐存东(１９７２￣)ꎬ男ꎬ博士ꎬ教授ꎮ主要从事水工结构优化设计和耐久性研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｘｃｕｎｄｏｎｇ＠１２６.ｃｏｍ通讯作者:张㊀鹏ꎬ硕士研究生ꎮＥ￣ｍａｉｌ:９０３７５８６７１＠ｑｑ.ｃｏｍ０㊀引㊀言在我国西北的寒旱区ꎬ渡槽㊁泵站等作为灌区常用的水工建筑物ꎬ随着服役年限的增长ꎬ在使用过程中ꎬ受到冻融㊁干湿循环㊁碳化等长期交替作用ꎬ造成灌区内的渡槽㊁泵站管道支墩等水工混凝土建筑物受损严重[１]ꎮ目前在西部灌区更新改造之际ꎬ需对现有建筑物进行评估ꎬ指导更新改造的进行ꎬ因此对于现有建筑物进行寿命预测十分必要ꎮ近年来ꎬ国内外学者对混凝土寿命预测[２￣４]进行了大量的研究ꎬ１９９７年Ｍｅｔｈａ[５]指出钢筋锈蚀㊁寒冷冻害㊁侵蚀作用是混凝土建筑物破坏的三大主要原因ꎮＦｒｏｈｎｓｄｏｒｆ等[６]采用加速试验法１４８４㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３９卷对混凝土构件模型进行多方面分析ꎬ从室内试验角度得出寿命预测模型ꎮ自８０年代起ꎬ国内也对混凝土耐久性展开系统研究ꎮ在此基础上ꎬ关宇刚等[７]采用单一冻融和硫酸盐冻融实验ꎬ确立了基于Ｗｅｉｂｕｌｌ模型的耦合作用下的混凝土寿命预测方法ꎮ余红发等[８]研究了暴露条件对混凝土结构使用寿命的影响规律ꎬ建立了结构寿命的预测模型ꎮ牛荻涛等[９￣１０]根据现场获得的数据应用材料劣化模型对运煤栈桥的寿命进行了预测ꎬ从现场收集的数据较从室内得到的数据得出的预测结果更可靠ꎮ乔宏霞等[１１]根据混凝土在冻融循环作用下的特性ꎬ建立了对不同损坏程度的三参数威布尔寿命预测模型ꎬ该实验对本研究具有重要的指导意义ꎮ基于众学者的研究成果可知ꎬ进行的实验多为室内实验或模拟室外实验ꎬ不能全面反映实际运行情况ꎬ得到的结果与实际情况存在差别ꎮ因此ꎬ为更好评估灌区建筑物运行状态ꎬ采用不同运行年限建筑物实际数据进行预测ꎮ本文采用与实际情况较吻合的威布尔寿命预测模型ꎬ根据数据得出混凝土建筑物威布尔寿命预测模型ꎬ相关结果可为西北寒旱灌区混凝土结构更新改造提供参考ꎮ１㊀灌区建筑物室外试验１.１㊀工程概况本文选取甘肃省景泰川电力提灌灌区(后称 景电灌区 )内２０１５年建造的二期总干的双排新２４＃渡槽中的渡槽为目标建筑物ꎬ利用灌区内具备相似服役环境且运行年限不同的建筑物作为对照组ꎮ对这些建筑物在现场采取无损检测方法ꎬ对具有不同服役年限的各对照建筑物的耐久性指标进行试验分析ꎬ探测混凝土表面强度和内部损伤ꎬ利用威布尔分布理论为基础对其进行相应的寿命预测ꎬ以探究在实际环境下混凝土各耐久性指标的衰减规律ꎮ其中景电灌区内二期总干２４＃渡槽和其他建筑物的结构形式与服役状态如图１(ａ)和(ｂ)所示ꎬ目标建筑物与对照建筑物的基本信息如表１所示ꎮ图１㊀灌区建筑物结构形式及服役状态图Ｆｉｇ.１㊀Ｄｉａｇｒａｍｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｒｍａｎｄｓｅｒｖｉｃｅｓｔａｔｅｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｓｉｎｉｒｒｉｇａｔｉｏｎａｒｅａ表１㊀目标建筑物与对照建筑物的基本信息Ｔａｂｌｅ１㊀ＢａｓｉｃｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅｔａｒｇｅｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｂｕｉｌｄｉｎｇｓＢｕｉｌｄｉｎｇＹｅａｒｓｏｆｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎＣｏｎｃｒｅｔｅｇｒａｄｅＷａｔｅｒｃｅｍｅｎｔｒａｔｉｏＰｈａｓｅⅡｍａｉｎｃａｎａｌ２４＃ａｑｕｅｄｕｃｔ(ｎｅｗ)２０１５Ｃ３００.４０ＰｈａｓｅⅠｍａｉｎｃａｎａｌ４＃ａｑｕｅｄｕｃｔ１９７１Ｃ３００.４０ＰｈａｓｅⅡｍａｉｎｃａｎａｌ２４＃ａｑｕｅｄｕｃｔ(ｏｌｄ)１９８５Ｃ３００.４０ＰｈａｓｅⅡｍａｉｎｃａｎａｌ１８＃ａｑｕｅｄｕｃｔ(ｏｌｄ)１９８９Ｃ３００.４０Ｗａｔｅｒｄｉｖｅｒｓｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔ１＃ａｑｕｅｄｕｃｔ２０００Ｃ３００.４０１.２㊀试验方法及参数选取混凝土强度大小是评价结构耐久性的重要因素ꎬ因此对于建筑物强度的检测十分必要ꎮ但对于实际建筑物不能采用室内的有损实验ꎬ所以本试验采用无损测量ꎮ分别利用回弹仪㊁超声波无损检测仪等仪器对槽身㊁排架部位的超声波波速和抗压强度等进行检测ꎬ探寻不同服役年限建筑物的耐久性参数变化规律ꎬ揭示结构的耐久性参数随服役年限的演化规律ꎮ第５期徐存东等:基于Ｗｅｉｂｕｌｌ分布的灌区混凝土建筑物寿命预测１４８５㊀混凝土强度与超声波声速之间有着密切关系ꎬ混凝土越密实ꎬ其强度就越高ꎬ声波在混凝土中的传输时间就越短ꎬ声速越大ꎮ相反ꎬ混凝土越松散ꎬ其强度就越低ꎬ声波在混凝土中的传输时间就越长ꎬ声速越小ꎮ本文采用的是ＺＢＬ￣Ｕ５２０非金属超声波检测仪对各对照建筑物进行测量ꎬ每个建筑物选取三个测区ꎬ其中测区１为水位线上ꎬ测区２为水位线下ꎬ测区３为槽底ꎬ排架测区１~３分别为排架下㊁中(连系梁)㊁上区域ꎮ对测区进行试验测量ꎬ得出相关数据ꎮ基于«超声波检测混凝土缺陷技术规程»ꎬ超声波检测仪实测的超声波波速如图２中的波形图所示ꎬ其可作为测点超声波波速的另一种直观体现ꎮ图２㊀非金属超声波检测仪测试数据Ｆｉｇ.２㊀Ｎｏｎ￣ｍｅｔａｌｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｄｅｔｅｃｔｏｒｔｅｓｔｄａｔａ图３㊀回弹法测表面强度Ｆｉｇ.３㊀Ｓｕｒｆａｃｅｓｔｒｅｎｇｔｈｉｓｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｒｅｂｏｕｎｄｍｅｔｈｏｄ基于«回弹法检测混凝土抗压强度技术规程»ＪＧＪ/Ｔ２３ ２０１１中规定的步骤与方法ꎬ对５个参照建筑物的槽身与排架部分进行现场回弹值的测量ꎬ如图３所示ꎬ每个构件拥有１２个测试区域ꎬ一组含有４个测试区域ꎬ选取２００ｍｍˑ２００ｍｍ作为每个测区面积ꎬ按照回弹法要求对测试构件进行实验准备ꎬ用回弹仪对混凝土的表面进行水平弹击ꎬ其中每个测试分两个相对测试面各８次ꎬ采集并整理数据ꎬ除去最大值和最小值保留１０个数据并取其平均值计算混凝土的实际强度ꎮ１.３㊀参数转换根据«普通混凝土长期性能和耐久性试验方法»ＧＢ５００８２ ２００９ꎬ当试件的相对动弹模损失至６０％即判定该试件损坏ꎮ根据«混凝土结构设计规范»ＧＢＪ１０ ８９中给出的转换公式ꎬ即式(１)或式(２)将测出的抗压强度值或超声波波速近似转变为动弹性模量ꎬ进而基于试验得出的初始动弹性模量计算得到相对动弹性模量ꎬ开展下一步计算ꎮＥｄ＝１０５２.２＋３４.７ｆｃ(１)Ｅｄ＝２(１＋λ)３(０.８７＋１.１２λ)２ρｖ２(２)其中ꎬｆｃ为混凝土抗压强度(ＭＰａ)ꎻＥｄ为混凝土动弹模量(ＭＰａ)ꎻλ为混凝土泊松比ꎬ取０.２ꎻρ为混凝土密度(ｋｇ/ｍ３)ꎬ取２４００ꎻｖ为超声波波速(ｍ/ｓ)ꎮ２㊀试验结果分析２.１㊀抗压强度采用回弹法测试混凝土强度ꎬ将建筑物分区ꎬ每个测试区域测试１６次ꎬ采集并整理数据ꎬ去除最大值和最小值保留１０个数据取其平均值推算混凝土的实际强度ꎬ具体转化结果如表２所示ꎮ１４８６㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３９卷表２㊀回弹法测得各运行年限建筑物强度值Ｔａｂｌｅ２㊀ＢｕｉｌｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｓｐｒｉｎｇｂａｃｋｍｅｔｈｏｄＢｕｉｌｄｉｎｇＰｏｓｉｔｉｏｎＣｏｎｖｅｒｔｅｄｓｔｒｅｎｇｔｈｖａｌｕｅ/ＭＰａＳｕｒｖｅｙａｒｅａ１Ｓｕｒｖｅｙａｒｅａ２Ｓｕｒｖｅｙａｒｅａ３Ａｖｅｒａｇｅｖａｌｕｅ/ＭＰａＰｈａｓｅⅠｍａｉｎｃａｎａｌ４＃Ａｑｕｅｄｕｃｔ(１９７１)Ｇｒｏｏｖｅｄｅｐｔｈ２４.８２４.５２５.７２５.７Ｂｅｎｔｆｒａｍｅ２８.９２５.７２２.４２５.０ＰｈａｓｅⅡｍａｉｎｃａｎａｌ２４＃Ａｑｕｅｄｕｃｔ(１９８５)Ｇｒｏｏｖｅｄｅｐｔｈ２９.０２６.３２４.１２６.８Ｂｅｎｔｆｒａｍｅ２４.９２５.０３０.５２６.６ＰｈａｓｅⅡｍａｉｎｃａｎａｌ１８＃Ａｑｕｅｄｕｃｔ(１９８９)Ｇｒｏｏｖｅｄｅｐｔｈ２９.５２９.３２５.５２８.０Ｂｅｎｔｆｒａｍｅ２５.２２８.９３０.０２８.１ＷａｔｅｒＤｉｖｅｒｓｉｏｎＰｒｏｊｅｃｔ１＃Ａｑｕｅｄｕｃｔ(２０００)Ｇｒｏｏｖｅｄｅｐｔｈ３１.２３１.６３２.０３１.９Ｂｅｎｔｆｒａｍｅ３０.９２８.８３６.０３１.６ＰｈａｓｅⅡｍａｉｎｃａｎａｌ１８＃Ａｑｕｅｄｕｃｔ(２０１５)Ｇｒｏｏｖｅｄｅｐｔｈ３７.９３７.６３６.９３６.９Ｂｅｎｔｆｒａｍｅ３３.６３７.８３９.４３７.２㊀㊀利用公式(１)将得到的强度值转化为动弹模量ꎬ具体结果如表３所示ꎮ表３㊀各运行年限建筑物动弹模量Ｔａｂｌｅ３㊀Ｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｕｌｕｓｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｓｆｏｒｅａｃｈｏｐｅｒａｔｉｎｇｌｉｆｅ㊀㊀ＳｅｒｖｉｃｅｌｅｎｇｔｈＥｄ/ＭＰａ㊀㊀４７３３２９１８３Ｇｒｏｏｖｅｄｅｐｔｈ２８.１７２８.６１２９.０８３０.４２３１.８４Ｂｅｎｔｆｒａｍｅ２７.８７２８.５３２９.１１３０.３２３１.９２㊀㊀通过回弹法对渡槽的槽身和排架表面强度进行测量ꎬ发现其受渡槽和排架的运行方式及所处位置影响ꎮ渡槽槽身的下部较上部强度小ꎬ排架越接近地面位置强度越小ꎮ其中ꎬ部分年份数据表现不一致ꎬ猜想是由于混凝土搅拌不均匀等施工原因造成ꎬ导致部分部位的强度呈无规律化ꎬ总体符合实际情况ꎮ而且随着运行年限增加ꎬ槽身和排架强度逐渐减小ꎬ且槽身强度明显小于排架ꎮ说明在相同环境条件下的运行过程中ꎬ渡槽槽身危险系数更高ꎮ２.２㊀超声波波速将渡槽槽身和排架进行分区ꎬ将三个区的波速值平均后得出槽身和排架的波速值ꎬ最终结果如表４所示ꎮ表４㊀非金属超声波探测仪测得各运行年限建筑物波速值Ｔａｂｌｅ４㊀ＷａｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙｖａｌｕｅｓｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｓｏｆｖａｒｉｏｕｓｏｐｅｒａｔｉｎｇｙｅａｒｓｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｎｏｎｍｅｔａｌｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｄｅｔｅｃｔｏｒＢｕｉｌｄｉｎｇＰｏｓｉｔｉｏｎＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｗａｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙ/(ｍ/ｓ)Ｓｕｒｖｅｙａｒｅａ１Ｓｕｒｖｅｙａｒｅａ２Ｓｕｒｖｅｙａｒｅａ３Ａｖｅｒａｇｅｖａｌｕｅ/(ｍ/ｓ)ＰｈａｓｅⅠｍａｉｎｃａｎａｌ４＃Ａｑｕｅｄｕｃｔ(１９７１)Ｇｒｏｏｖｅｄｅｐｔｈ１.１３１.１４１.１３１.１３７Ｂｅｎｔｆｒａｍｅ１.１２１.０８１.０８１.０８２ＰｈａｓｅⅡｍａｉｎｃａｎａｌ２４＃Ａｑｕｅｄｕｃｔ(１９８５)Ｇｒｏｏｖｅｄｅｐｔｈ１.４５１.６５１.３３１.４７４Ｂｅｎｔｆｒａｍｅ１.２８１.２５１.３１１.２８２ＰｈａｓｅⅡｍａｉｎｃａｎａｌ１８＃Ａｑｕｅｄｕｃｔ(１９８９)Ｇｒｏｏｖｅｄｅｐｔｈ１.５６１.５２１.５３１.５３８Ｂｅｎｔｆｒａｍｅ１.３１１.２５１.５１１.５１０ＷａｔｅｒＤｉｖｅｒｓｉｏｎＰｒｏｊｅｃｔ１＃Ａｑｕｅｄｕｃｔ(２０００)Ｇｒｏｏｖｅｄｅｐｔｈ１.７９１.８０１.８９１.８２３Ｂｅｎｔｆｒａｍｅ１.８２１.８６１.８５１.８４４ＰｈａｓｅⅡｍａｉｎｃａｎａｌ１８＃Ａｑｕｅｄｕｃｔ(２０１５)Ｇｒｏｏｖｅｄｅｐｔｈ２.３２２.２３２.２１２.３１２Ｂｅｎｔｆｒａｍｅ２.３３２.３４２.３５２.３４７㊀㊀利用公式(２)将得到的强度值转化为动弹模量ꎬ具体结果如表５所示ꎮ利用超声波法对渡槽进行测量ꎬ发现渡槽槽身和排架的波速随高度下降而减小ꎬ这和渡槽和排架的运行方式和所处位置有关ꎬ可能是由于混凝土搅拌不均匀等施工原因ꎬ导致部分部位的强度呈无规律化ꎬ总体符合实际情况ꎮ槽身和排架超声波波速随着运行年限增加而逐渐减小ꎬ且槽身波速较排架小ꎬ表明在同样运行环境中ꎬ渡槽槽身存在危险ꎮ第５期徐存东等:基于Ｗｅｉｂｕｌｌ分布的灌区混凝土建筑物寿命预测１４８７㊀表５㊀各运行年限建筑物动弹模量Ｔａｂｌｅ５㊀Ｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｕｌｕｓｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｓｆｏｒｅａｃｈｏｐｅｒａｔｉｎｇｌｉｆｅ㊀㊀ＳｅｒｉｖｃｅｌｅｎｇｔｈＥｄ/ＭＰａ㊀㊀４７３３２９１８３Ｇｒｏｏｖｅｄｅｐｔｈ２７.９５２８.５３２８.８３３０.３３３１.８６Ｂｅｎｔｆｒａｍｅ２７.６６２８.３９２８.６０２９.６５３０.３３３㊀Ｗｅｉｂｕｌｌ寿命预测模型的建立及验证分析３.１㊀模型的建立根据损伤力学原理ꎬ混凝土材料在受力过程中内部逐渐发生破坏ꎬ可通过损伤度[１１]研究材料破坏的过程ꎮ混凝土材料强度的测量手段可以分为无损检测和有损检测ꎬ因考虑到混凝土建筑物的正常运行ꎬ此处采用无损检测中的超声波回弹法进行试验ꎮ根据室内外实验得到的结果和参照相关规范规定ꎬ本文以动弹性模量作为指标来描述损伤程度ꎮ其中损伤度Ｄ的定义为:Ｄｎ＝Ｅ０－ＥｎＥ０(３)其中ꎬＤｎ为ｎ次冻融的损伤度ꎻＥｎ为ｎ次冻融的动弹模量ꎻＥ０为同配合比室内试验混凝土初始动弹模量ꎬ此处选３９.３ＭＰａꎮ本文采用与混凝土较吻合的两个参数的模型用来预测混凝土结构的寿命ꎮ其中假定混凝土结构的使用寿命为ｎꎬ则其运行寿命ｎ的威布尔概率密度函数为:ｆ(ｎ)＝ｂａｎａ()ｂ－１ｅｘｐ－ｎａ()ｂ[](４)其中ꎬａ为尺度标准ꎬｂ为形状标准ꎬ则混凝土结构的运行寿命概率分布函数为:Ｆ(ｎ)＝１－ｅｘｐ－ｎａ()ｂ[](５)当经历ｎ１次冻融侵蚀后ꎬ混凝土的失效概率为:Ｐｆ(ｎ１)＝１－ｅｘｐ－ｎ１ａæèçöø÷ｂ[](６)随着冻融破坏的进行ꎬ混凝土结构达到使用寿命时则认定为失效ꎬ此时Ｐｆ(ｎ１)＝１ꎮ当经历ｎｎ次冻融循环后ꎬ混凝土结构的运行寿命至ｎｎ时ꎬ此时就有Ｄ(ｎｎ)＝１ꎬ因此有等式:Ｐｆ(ｎ１)＝Ｄ(ｎｎ)(７)由威布尔的分布函数可得其可靠性函数为:Ｒ(ｎ)＝１－Ｆ(ｎ)＝ｅｘｐ－ｎａ()ｂ[]＝１－Ｄ(ｎ)(８)对式(８)进行威布尔变换ꎬ两边同时取两次对数可得:ｌｎｌｎ１Ｒｎ()()＝ｂ(ｌｎ(ｎ)－ｌｎ(ａ))(９)令Ｙ＝ｌｎ(ｌｎ(１/Ｒ(ｎ))ꎬＸ＝ｌｎ(ｎ)ꎬＣ＝－ｂｌｎ(ａ)ꎬ则上式可变化为Ｙ＝Ｙ(Ｘ)＝ｂｘ＋Ｃ如果实际混凝土结构的运行寿命符合威布尔分布ꎬ则Ｙ＝{ｌｎ[－ｌｎ(１－Ｆ(ｎ)]}与Ｘ＝ｌｎ(ｎ)应该成一定的线性关系ꎮ通过最小二乘法进行相关分析ꎬ得出相关参数ｂ㊁Ｃ和相关程度Ｒ２ꎮ若相关系数Ｒ２超过０.９ꎬ则Ｙ与Ｘ线性相关性强ꎬ即渡槽建筑物寿命符合威布尔分布ꎮ根据水科院和南京水科院关于冻融循环所做的全国不同地区室内外对比实验可知ꎬ混凝土实际的运行寿命可用式(１０)表示ꎮｔ＝ｅＮ/Ｍ(１０)其中ꎬｔ为构件的使用寿命(年)ꎻｅ为冻融比例系数(一般为１２)ꎬ即室内与室外的比值ꎻＮ为室内试验的冻融循环次数ꎻＭ为实际经历的冻融次数ꎮ１４８８㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３９卷３.２㊀模型验证分析通过威布尔相关性检验方程ꎬ对实际渡槽建筑物易破坏部位寿命进行相关性分析ꎬ判定是否符合威布尔分布ꎮ此处采用回弹法和超声波法进行分析ꎬ分别得到表面强度和超声波波速ꎬ进而转化为动弹模量ꎮ将运行年限转化为实际冻融次数作为自变量进行分析ꎬ利用Ｏｒｉｇｉｎ分析软件进行拟合ꎬ得到渡槽结构寿命的威布尔分布值ꎮ３.２.１㊀回弹法分析通过回弹法测得的混凝土强度值ꎬ转化为动弹模量ꎬ计算得到相对动弹模量ꎬ分别计算威布尔相关参数Ｒ(ｎ)㊁Ｘ㊁Ｙꎬ其中Ｒ(ｎ)为相对动弹性模量ꎮ表６㊀回弹法测量槽身的威布尔分布值Ｔａｂｌｅ６㊀ＷｅｉｂｕｌｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｖａｌｕｅｏｆｔｈｅａｑｕｅｄｕｃｔｂｏｄｙｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｒｅｂｏｕｎｄｍｅｔｈｏｄＴｉｍｅｎ１/Ｒ(ｎ)Ｘ＝ｌｎ(ｎ)Ｙ＝ｌｎ(ｌｎ(１/Ｒ(ｎ)))３２９.５１.２１２１８６３.３８４３９－１.６４８０４５１１１８１７７１.２６９０８１５.１７６１５－１.４３４２５４６０５２９２８５.１６６７１.３２７５６４５.６５３０７４－１.２６１０８６８６９３３３２４.５１.３４８９８４５.７８２２８６－１.２０６１３７１２２４７４６２.１６６７１.３７０３７５６.１３５９２６－１.１５４９１４４３５表７㊀回弹法测量排架位置的威布尔分布值Ｔａｂｌｅ７㊀ＷｅｉｂｕｌｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｓｈｅｌｆｏｆｔｈｅａｑｕｅｄｕｃｔｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｒｅｂｏｎｄｍｅｔｈｏｄＴｉｍｅｎ１/Ｒ(ｎ)Ｘ＝ｌｎ(ｎ)Ｙ＝ｌｎ(ｌｎ(１/Ｒ(ｎ)))３２９.５１.１６５４１.２１２１８６－１.８７６９１８１７７１.２２６８９４１.２６９０８１－１.５８７２６２９２８５.１６６７１.２７７７７４１.３２７５６４－１.４０６０１３３３２４.５１.３０３６７８１.３４８９８４－１.３２７３１４７４６２.１６６７１.３３４７３６１.３７０３７５－１.２４２２５㊀㊀对表６和表７的威布尔值进行线性拟合ꎬ得到相应的威布尔参数值ｂ和Ｃꎬ如图４和表８所示ꎮ图４㊀回弹法测渡槽的威布尔分布寿命线性回归直线图Ｆｉｇ.４㊀ＬｉｎｅａｒｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｏｆＷｅｉｂｕｌｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌｉｆｅｌｉｎｅｏｆａｑｕｅｄｕｃｔｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｒｅｂｏｕｎｄｍｅｔｈｏｄ表８㊀回弹法测量渡槽的威布尔分布线性回归结果Ｔａｂｌｅ８㊀ＬｉｎｅａｒｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆＷｅｉｂｕｌｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆａｑｕｅｄｕｃｔｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｒｅｂｏｕｎｄｍｅｔｈｏｄＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＬｉｆｅｂＣＲ２ＧｒｏｏｖｅｄｅｐｔｈＮ１０.１８－２.２８１７０.９４２ＢｅｎｔｆｒａｍｅＮ２０.２２６８－２.６７３４０.９５４６㊀㊀通过回弹法进行威布尔分析ꎬ得到渡槽的威布尔寿命线性回归直线图ꎬ由图可知两者的相关系数Ｒ２较大ꎬ说明Ｙ和Ｘ的线性相关性较好ꎬ即测得数据满足威布尔分布ꎮ则对应的参数代入混凝土建筑物实际冻㊀第５期徐存东等:基于Ｗｅｉｂｕｌｌ分布的灌区混凝土建筑物寿命预测１４８９融循环下的混凝土威布尔分布寿命预测模型:Ｙ＝ｌｎ(ｌｎ(１/Ｒ(ｎ)))＝０.１８ｌｎ(ｎ)－２.２８１７(１１)Ｙ＝ｌｎ(ｌｎ(１/Ｒ(ｎ)))＝０.２２６８ｌｎ(ｎ)－２.６７３４(１２)根据前面所述规范可知ꎬ当Ｒ(ｎ)＝０.６时混凝土构件可以判定为失效ꎬ即相对动弹模量为６０％ꎬ将其分别代入上面得到的模型中ꎬ可得出Ｎ１＝７８６３ꎬＮ２＝７０８０ꎬ又知西北地区年平均冻融次数约为８.８[１３]ꎬ所以在冻融循环的条件下的安全运行年限分别为６６[１４]年和６０年ꎮ３.２.２㊀超声波法分析通过非金属超声波探测仪测得的混凝土波速ꎬ转化为动弹模量ꎬ计算得到相对动弹模量ꎬ分别计算威布尔相关参数Ｒ(ｎ)㊁Ｘ㊁Ｙꎬ其中Ｒ(ｎ)为相对动弹性模量ꎮ表９㊀超声波测量槽身的威布尔分布值Ｔａｂｌｅ９㊀ＷｅｉｂｕｌｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｖａｌｕｅｏｆｔｈｅａｑｕｅｄｕｃｔｂｏｄｙｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄＴｉｍｅｎ１/Ｒ(ｎ)Ｘ＝ｌｎ(ｎ)Ｙ＝ｌｎ(ｌｎ(１/Ｒ(ｎ)))３２９.５１.２１２１８６３.３８４３９－１.８６５０２８９４８１８１７７１.２６９０８１５.１７６１５－１.５８８２７８６０２２９２８５.１６６７１.３２７５６４５.６５３０７４－１.３６６８３４６６６３３３２４.５１.３４８９８４５.７８２２８６－１.３２７２８８４９４４７４６２.１６６７１.３７０３７５６.１３５９２６－１.２５２０３９９３９表１０㊀超声波测量排架的威布尔分布值Ｔａｂｌｅ１０㊀ＷｅｉｂｕｌｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｓｈｅｌｆｏｆｔｈｅａｑｕｅｄｕｃｔｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄＴｉｍｅｎ１/Ｒ(ｎ)Ｘ＝ｌｎ(ｎ)Ｙ＝ｌｎ(ｌｎ(１/Ｒ(ｎ)))３２９.５１.２１２１８６３.３８４３９－１.８６５０３１８１７７１.２６９０８１５.１７６１５－１.５８８２８２９２８５.１６６７１.３２７５６４５.６５３０７４－１.３６６８３３３３２４.５１.３４８９８４５.７８２２８６－１.３０８０１４７４６２.１６６７１.３７０３７５６.１３５９２６－１.２１６１６㊀㊀对表９和表１０的威布尔值进行线性拟合ꎬ得到相应的威布尔参数值ｂ和Ｃꎬ如图５和表１１所示ꎮ图５㊀超声波测渡槽的威布尔分布寿命线性回归直线图Ｆｉｇ.５㊀ＬｉｎｅａｒｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｏｆＷｅｉｂｕｌｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌｉｆｅｌｉｎｅｏｆａｑｕｅｄｕｃｔｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ表１１㊀超声波测量渡槽的威布尔分布线性回归结果Ｔａｂｌｅ１１㊀ＬｉｎｅａｒｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆＷｅｉｂｕｌｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆａｑｕｅｄｕｃｔｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＬｉｆｅｂＣＲ２ＧｒｏｏｖｅｄｅｐｔｈＮ３０.２１８－２.６４９８０.９５２２ＢｅｎｔｆｒａｍｅＮ４０.２３３－２.６８６８０.９４３５１４９０㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３９卷㊀㊀通过超声波法进行威布尔分析ꎬ得到渡槽的威布尔寿命线性回归直线图ꎬ由图可知两者的相关系数Ｒ２较大ꎬ说明Ｙ和Ｘ的线性相关性较好ꎬ即测得数据满足威布尔分布ꎮ则对应的参数代入混凝土建筑物实际冻融循环下的混凝土威布尔分布寿命预测模型:Ｙ＝ｌｎ(ｌｎ(１/Ｒ(ｎ)))＝０.２１８ｌｎ(ｎ)－２.６４９８(１３)Ｙ＝ｌｎ(ｌｎ(１/Ｒ(ｎ)))＝０.２３３ｌｎ(ｎ)－２.６８６８(１４)根据前面所述规范可知ꎬ当Ｒ(ｎ)＝０.６时混凝土构件可以判定为失效ꎬ即相对动弹模量为６０％ꎬ将其分别代入上面得到的模型中ꎬ可得出Ｎ３＝８４９６ꎬＮ４＝７８６４ꎬ又知西北地区年平均冻融次数约为８.８ꎬ所以在冻融循环的条件下的安全运行年限分别为７２年和６６年ꎮ４㊀结㊀论(１)选取了相对动弹模量作为评判指标ꎬ进行参数拟合并进行渡槽建筑物的寿命预测ꎬ验证所选模型的合理性与可靠性ꎬ对灌区混凝土的寿命预测具有一定的实用价值ꎮ(２)应用构建的预测模型得出景电二期２４＃渡槽的运行寿命为６０~７０年ꎮ渡槽槽身处损伤破坏较排架构件处破坏严重ꎬ渡槽槽壳损伤严重ꎬ寿命明显低于其内部ꎮ(３)将景电灌区各渡槽数据代入本文模型ꎬ得到灌区各相似输水渡槽结构各构件的寿命ꎬ与实际情况相符ꎬ可推广到灌区其他水工建筑物ꎬ为西部灌区更新改造的评估提供参考ꎮ参考文献[１]㊀付传清ꎬ屠一军ꎬ金贤玉ꎬ等.荷载和环境共同作用下混凝土中氯离子传输的试验研究[Ｊ].水利学报ꎬ２０１６ꎬ４７(５):６７４￣６８４. [２]㊀高㊀升.基于耐久性的混凝土寿命预测方法研究进展[Ｊ].混凝土ꎬ２０１８(６):２５￣３０.[３]㊀秦吉丽ꎬ王毅娟.在役混凝土桥梁剩余寿命预测方法研究[Ｊ].北京建筑工程学院学报ꎬ２０１２ꎬ２８(３):１４￣１８.[４]㊀徐存东ꎬ高懿伟ꎬ程㊀昱ꎬ等.超声波平测法在混凝土盐冻损伤检测中的应用研究[Ｊ].混凝土ꎬ２０１９(１１):２９￣３３＋３８.[５]㊀ＭｅｔｈａＰＫ.Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ￣ｃｒｉｔｉｃａｌｉｓｓｕｅｓｆｏｒｔｈｅｆｕｔｕｒｅ[Ｊ].ＣｏｎｃｒｅｔｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌꎬ１９９７ꎬ２０(７):２７￣３３.[６]㊀Ｆｒｏｈｎｓｄｏｒｆｆ.Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ:ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｈｅＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＲＩＬＥＭｏｎｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｒｅｓｅａｒｃｈ[Ｊ].Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓꎬ１９８５ꎬ１８(３):２０５￣２１４.[７]㊀关宇刚ꎬ孙㊀伟ꎬ缪昌文.基于可靠度与损伤理论的混凝土寿命预测模型Ⅱ:模型验证与应用[Ｊ].硅酸盐学报ꎬ２００１(６):５３５￣５４０. [８]㊀黄泓萍ꎬ余红发ꎬ张㊀娜ꎬ等.碱式硫酸镁水泥的配料规律与基本物理力学性能研究[Ｊ].硅酸盐通报ꎬ２０１６ꎬ３５(８):２５６１￣２５６７＋２５７４. [９]㊀关㊀虓ꎬ牛荻涛ꎬ王家滨ꎬ等.基于耐久性检测的运煤栈桥碳化寿命预测[Ｊ].西安建筑科技大学学报(自然科学版)ꎬ２０１５ꎬ４７(１):７１￣７６. [１０]㊀苑立冬ꎬ牛荻涛ꎬ姜㊀磊ꎬ等.硫酸盐侵蚀与冻融循环共同作用下混凝土损伤研究[Ｊ].硅酸盐通报ꎬ２０１３ꎬ３２(６):１１７１￣１１７６.[１１]㊀乔宏霞ꎬ郭向柯ꎬ朱彬荣.三参数Ｗｅｉｂｕｌｌ分布的多因素作用下混凝土加速寿命试验[Ｊ].材料导报ꎬ２０１９ꎬ３３(４):７４￣７８.[１２]㊀李金玉.冻融环境下混凝土结构耐久性设计与施工指南[Ａ].中国硅酸盐学会２００３年学术年会水泥基材料论文集(下册)[Ｃ]ꎬ２００３. [１３]㊀殷英政ꎬ李志国.我国代表城市混凝土冻融循环次数探讨[Ｊ].低温建筑技术ꎬ２０１５ꎬ３７(１１):１２￣１５.[１４]㊀谢佳琳.基于模糊可拓层次分析法的盐冻作用下混凝土材料耐久性评价[Ｄ].郑州:华北水利水电大学ꎬ２０１８.。

钢筋混凝土结构寿命周期分析作者：刘香友来源：《商品与质量·建筑与发展》2014年第03期【摘要】钢筋混凝土是我国现代建筑工程的主要材料，据国内权威部门调查，国内大多数钢筋混凝土建筑物在使用30年左右后即需大修，处于严酷环境下的使用寿命仅20年左右，甚至部分工程建成后几年就出现钢筋锈蚀、混凝土结构开裂的现象。

从工程安全的角度和经济社会可持续发展的角度看，这种现状导致了资源、能源的不合理消耗，增加了当前混凝土结构工程的安全隐患和因为拆除而形成的大量建筑工程垃圾。

随着社会的发展，大量钢筋混凝土建筑物使用年限也在增长，建筑结构老化的问题日益突出。

如何延长在役钢筋混凝土结构的寿命周期已成为一个迫切需要解决的问题。

【关键词】钢筋混凝土结构;寿命周期引言：对于我国这样一个正蓬勃发展的发展中国家而言，大规模的基本建设一日千里，特别是以钢筋混凝土结构为主的道路、桥梁、海港等基础设施建设已经是国家投资项目的重点。

这些投资巨大的基础设施，深刻影响着国民经济。

与一般民用建筑相比，它们应该有更长的使用寿命。

但是，由于这些基础设施大多处于恶劣的自然环境中，其使用寿命往往因为客观原因而不甚理想，导致了巨额的养护修缮的费用，有的甚至需要拆除或重建;引起重大的工程事故的现象也时有发生，这都对人民的财产造成了极大的损失和不良影响。

因此，考虑如何延长这些设施的使用寿命，减小因使用寿命周期不够长而引起的损失，是亟需解决的一个具有现实意义的研究课题。

一、钢筋混凝土结构寿命周期的相关概念明晰1.结构寿命的概念1.1.承载能力的寿命：指结构从建成投入使用后，因自然原因（物理、化学变化等）达到承载能力极限状态而不能继续使用的年限。

1.2.正常使用寿命：指结构从建成投入使用开始到结构不能满足使用功能要求为止的一段时间，但经维修加固或改造后仍可继续使用。

1.3.结构使用寿命：一般指结构在实际工作条件下，能够持续满足各项结构功能要求的实际服役年限。

高可靠性结构设计第一部分高可靠性结构设计原则概述 (2)第二部分系统可靠性模型建立与分析 (4)第三部分设计冗余度与故障容错策略 (6)第四部分关键组件的选取与优化方法 (8)第五部分安全系数与风险评估计算 (10)第六部分环境因素对结构设计影响探讨 (13)第七部分基于可靠性的寿命预测方法 (15)第八部分高可靠性结构设计验证与评估技术 (17)第一部分高可靠性结构设计原则概述高可靠性结构设计原则概述高可靠性结构设计是一种以系统工程为基础的设计方法，旨在通过合理的系统设计和操作来提高系统的可靠性。

该设计的核心理念是在产品设计之初就充分考虑各种潜在失效模式及其影响，并通过适当的容错设计和冗余配置来降低故障风险，从而实现高可靠性的目标。

一、基本设计原则1.模块化与标准化：将系统分解为多个相互独立的模块，并制定标准化的设计规范和接口，以便于维护和替换。

这样可以减少系统复杂性，便于诊断和修复故障。

2.容错设计：在系统中采用冗余组件，使得系统可以在不影响整体运行的情况下承受一定数量的故障。

常见的容错技术包括硬件冗余、软件容错和时间 Diversity 容错等。

3.故障检测与隔离：建立完善的故障监测机制，能及时发现系统中的故障并进行快速隔离，以防止故障扩散造成更大的损失。

4.简化设计：尽量避免复杂的设计方案，使用成熟的技术和经过验证的解决方案，以降低设计风险。

二、可靠性模型与分析方法为了评估和改善系统的可靠性，需要运用一些可靠性模型和分析方法。

常用的可靠性模型包括浴缸曲线、雷击杆曲线和指数分布等；常用的分析方法有故障树分析（FTA）、事件树分析（ETA）和故障模式及影响分析（FMEA）等。

这些模型和分析方法可以帮助我们更好地理解系统的可靠性特征，为改进设计提供参考。

三、高可靠性设计实践在高可靠性结构设计过程中，有许多实用的设计技巧和方法，例如：1.采用成熟的技术和经过验证的解决方案；2.简化系统设计，减少不必要的功能；3.使用高质量的原材料和元器件；4.精心设计生产工艺和质量控制程序，确保产品的生产质量；5.进行充分的测试和试验，验证产品的可靠性；6.建立完善的生产、安装、调试和维修规程，保障产品的正常运作。

混凝土结构使用寿命预测模型初探【摘要】纵观当前混凝土结构使用寿命预测模型的研究，分别从基于碳化的寿命预测模型、基于氯离子扩散导致钢筋锈蚀的寿命预测模型及基于混凝土损伤的寿命预测模型等方面介绍了该领域的研究进展。

提出在实际使用期内，结构往往要经历小修、中修或大修使得结构可靠度相应提高或结构劣化速度减缓，因此建筑结构的寿命预测还应考虑维修历史和效果。

标签混凝土使用寿命；混凝土结构；预测模型混凝土的耐久性是其抵抗大气影响、化学侵蚀和其他劣化过程而长期维持其性能的能力。

在结构设计中，耐久性被看成是结构所需的一种功能而不是其固有的内在性能，所以耐久性又被定义为结构及其部件在各种可能导致材料性能劣化的外加因素作用下、并在预期的使用年限内维持其所需功能的能力。

而结构及其部件的使用年限（或工作寿命）则是建造完工或生产制成以后，在预定的使用和维修条件下，所有功能均满足预定要求的期限。

如何对混凝土进行寿命预测及评估是一个尚未解决的国际重大科技问题，实现混凝土的寿命预测、评估以及耐久性设计必将有力推动混凝土科技的发展。

一、基于碳化的寿命预测模型20世纪60年代，国际上一些发达国家就开始对混凝土的碳化进行了大量的试验研究及理论分析。

国内则从20世纪80年代开始了混凝土的碳化和钢筋锈蚀研究，通过快速碳化试验研究、长期暴露和工程调查，研究了混凝土碳化的影响因素与碳化深度预测模型。

当前关于混凝土碳化寿命预测模型，主要是基于Fick定律的推导，即碳化深度与碳化时间的平方根成比例D= 。

；基于长期试验和快速试验，牛荻涛等对其进行了修正，即。

黄士元等考虑水泥用量、水灰比建立了碳化预测模型式中：kc为水泥用量影响系数，kc=（-0.0191C+9.311）×0.001，C为砼中水泥用量（kg/m3）；kw为水灰比影响系数，kw=（9.844W/C-2.982）×0.001；k是为水泥品种系数，对于硅酸盐水泥k=1，矿渣水泥砼k=1.43，掺粉煤灰的硅酸盐水泥砼k=0.9。

钢筋混凝土构件碳化寿命可靠度分析杨桃;林光伟【摘要】分析混凝土的碳化及钢筋的锈蚀过程,并基于混凝土结构碳化寿命可靠度分析,对钢筋混凝土构件可靠度及碳化寿命研究建立求解模型.实例分析表明,该方法对钢筋混凝土构件的可靠性评估、后期服役期限及加固处理有一定的借鉴作用.【期刊名称】《广西城镇建设》【年(卷),期】2011(000)003【总页数】3页(P72-74)【关键词】钢筋混凝土;碳化寿命;钢筋锈蚀;可靠指标【作者】杨桃;林光伟【作者单位】广西恒诚工程质量检测有限公司;广西恒诚工程质量检测有限公司【正文语种】中文【中图分类】TU375钢筋混凝土结构在我国的工业与民用建筑中占有很大的比例。

新中国成立初期修建的建筑已经达到或者逐渐达到了服役年限。

这部分建筑我们必须进行检测、鉴定，对于能继续使用的应该预测未来使用年限，对于存在质量隐患的必须采取加固处理措施。

然而传统的检测方法只能定性分析结构的可靠性及后期使用年限，因此有必要采用一种能够定量分析结构可靠度及使用年限的方法，准确预测在役钢筋混凝土结构的剩余寿命，充分挖掘已有钢筋混凝土结构的使用潜力。

1 钢筋混凝土构件的破坏过程1.1 混凝土碳化及钢筋电化混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。

空气中二氧化碳气体渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水［其主要化学反应式为：Ca（OH）2+CO2→CaCO3+H2O］。

使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化。

混凝土的碳化致使其成分、组织和性能发生变化。

对于素混凝土，碳化能提高混凝土耐久性的效果；但对于钢筋混凝土来说，碳化会使混凝土的碱度降低，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，进而破坏钢筋表面的钝化膜，使混凝土失去对钢筋的有效保护作用，继而导致混凝土中钢筋锈蚀。

钢筋锈蚀的电化反应[1]主要是有水和氧气的作用而生成不溶性Fe（OH）3。

钢筋锈蚀物的体积是相应原钢筋体积的2～4倍，即出现体积增大[2]，从而向四周扩展。