考虑氯离子侵蚀的钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度

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1、铁道建筑2011年第12期RailwayEngineeringl9文章编号：1003—1995(2011)12—0019-04考虑氯离子侵蚀的钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度张丽华，贾金青，余芳(大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连116024)摘要：基于混凝土中氯离子扩散及其引起钢筋锈蚀的机理，提出了钢筋面积随时间变化的公式。根据锈蚀钢筋疲劳试验，提出了反映钢筋疲劳性能的疲劳强度时变模型。基于上述模型，运用线性累积损伤法则和蒙特卡罗方法，对钢筋混凝土桥梁进行疲劳可靠性分析，计算其时变疲劳可靠度。结

2、果表明：氯离子侵蚀作用下，钢筋有效截面减小和疲劳性能衰减显著降低桥梁结构的疲劳可靠指标。本文建立的计算模型能够为结构疲劳可靠性的鉴定以及结构构件的维修决策提供有效参考。关键词：氯离子侵蚀钢筋锈蚀疲劳损伤时变可靠度中图分类号：TU375．1文献标识码：A钢筋混凝土桥梁结构常常会在低于材料的强度极计算应作如下假设：不考虑混凝土的疲劳影响，以钢筋限或屈服极限的反复荷载的作用下发生突然的疲劳破疲劳破坏作为钢筋混凝土梁的疲劳计算依据。本文针坏。其服役过程中腐蚀介质引起的钢筋锈蚀不仅减小对氯离子腐蚀环境中的钢筋混凝土桥梁

3、结构的疲劳破钢筋有效截面和增大钢筋疲劳应力幅，同时降低钢筋坏问题，考虑钢筋的截面特性时变和疲劳强度时变，运疲劳强度，严重地影响结构使用寿命。曹建安等⋯在用线性累积损伤法则和蒙特卡罗方法，对钢筋混凝土实际桥梁退换下的老化构件中截取锈蚀钢筋进行疲劳桥梁进行疲劳可靠度分析，计算结构的时变疲劳可靠强度试验。结果表明，锈蚀不仅使钢筋有效截面、屈服指标。强度和变形能力减小，而且明显降低其疲劳强度。金1疲劳抗力衰减伟良等的调查结果表明，沿海地区氯离子侵蚀造成钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀十分严重，锈蚀速度远高由于钢筋锈蚀是腐蚀环

4、境中钢筋混凝土结构的主于碳化引起的钢筋锈蚀。因此，在桥梁结构老龄化以要病害，其中氯离子侵蚀环境下钢筋锈蚀包括由氯离及交通流量日益增加、车载增大、使用环境逐渐恶化的子侵蚀导致的均匀锈蚀和裂缝处局部不均匀锈坑，前情况下，计算氯离子腐蚀环境下钢筋混凝土桥梁疲劳者主要减小钢筋有效截面，后者则主要降低钢筋材料时变可靠指标具有重要意义。本身的疲劳性能。因此，钢筋混凝土桥梁构件疲劳性实际工程中，桥梁结构的材料强度及结构上作用能衰减的关键因素是有效钢筋截面和钢筋疲劳强度。的荷载都具有随机性，并且反复荷载作用下结构是否1．1钢

5、筋截面锈蚀率发生疲劳破坏是不确定的，因此应该采用可靠度理论尽管氯离子在混凝土结构中的传输机理很复杂，分析疲劳过程。由于服役过程中抗力随时间衰减，结但扩散被认为是一个主要的传输方式。这个过程一般构的失效概率随时问变化，其疲劳可靠度具有时变性。采用Fick第二定律描述氯离子的扩散浓度、扩散系数贡金鑫等对腐蚀环境下钢筋混凝土构件的疲劳可与扩散时间的关系，认为混凝土中的孔隙均匀分布，氯靠度分析方法进行了研究，提出考虑疲劳性能降低的离子在混凝土中扩散是一维扩散行为，浓度梯度仅沿结构疲劳可靠度计算方法。着暴露表面到钢筋表

6、面的方向变化。由于混凝土表面从现有钢筋混凝土梁的疲劳腐蚀试验和工程实例氯离子质量浓度与解冻盐饱和溶液的氯离子浓度保持来看，几乎所有破坏均以受拉钢筋突然断裂为破坏平衡，假定C为钢筋开始锈蚀的临界氯离子浓度值，d标志。据此，氯离子腐蚀环境下钢筋混凝土梁的疲劳为混凝土保护层厚度，则钢筋开始锈蚀时间。。，为：=[erf(1专)】(1)收稿日期：2011—05-15；修回日期：2011-09．15基金项目：国家863计划课题(2007AA11Z133)其中，c为平衡后的混凝土表面氯离子质量浓度，D作者简介：张丽华(19

7、87一)，女，安徽凤阳人，博士研究生。为氯离子扩散系数，误差函数erf为20铁道建筑对数形式表示材料的高周期疲劳段函数，则采用随机erf(z)={Iexp(一)dz(2)√订JU过程反应疲劳性能随时间变化的疲劳函数对数表达式中，为氯离子渗透深度。式为根据KIM等人研究结果，计算时选取D的平均lgN+m()lg(△)=lg[C。()](7)值为2．0×10cnl／s，C的平均值为3．5kg／m，C。的其中，C为规定的疲劳循环次数(常取2×10。次)对平均值为0．9kg／m，则可以算出构件中钢筋开始锈应钢筋试件的

8、疲劳性能常数，函数m(t)，(t)为反映蚀的时间。结构服役过程中材料疲劳性能降低的系数。由于m通常腐蚀环境中的钢筋有效截面减小仅考虑钢筋的变异性很小，本文将其视为确定值；函数(t)有待整个外露表面的均匀锈蚀。通过非破坏性试验中所采通过试验和工程调查确定。用的参数，锈蚀电流密度i(I~A／cm)，根据法拉第根据不同锈蚀状态下的钢筋疲劳性能劣化规律试定律：当产生单位锈蚀电流密度即i，=1IxA／cm时，