基于承载能力极限状态的混凝土结构耐久性概率设计

《基于承载能力极限状态的混凝土结构耐久性概率设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于承载能力极限状态的混凝土结构耐久性概率设计1绪论1.1选题背景及意义在推进文明化、城市化和现代化的发展进程中，建造业为改变城乡面貌，改善人居环境，促进和谐发展做出了突出贡献。混凝土作为一种土木工程建造材料得以广泛应用，为人类的基础建设发挥了有益的作用。我国混凝土广泛应用于工业与民用建筑、桥梁、大坝、高速公路等工程结构，年产量已多年超过世界混凝土年产量的50%，混凝土工程规模居于世界首位，如2011年，我国建筑业总产值达到11.8亿元，房屋竣工面积近30亿m3；混凝土行业实现总产值超过6000亿元，预拌混凝土年实际产量达到13.3亿m3[3]。然

2、而，混凝土结构在寿命期内出现大量的耐久性损伤问题，如混凝土碳化、混凝土中的钢筋锈蚀、碱集料反应、冻融破坏和氯盐侵蚀等，致使结构不能完成预定的功能，甚至在寿命期内发生混凝土结构的耐久性破坏，并由此带来巨大的直接损失和间接损失。根据美国标准局1975年的调查，美国每年因腐蚀造成的各种损失为700多亿美元，其中混凝土中钢筋锈蚀造成的损失约占40%[4]；随着时间的推移，钢筋混凝土耐久性引起的维修加固费用不断增加，美国1969年用于修复因钢筋锈蚀而损坏的公路桥面板费用为26亿美元，1978年增至63亿美元[5]；英国为解决海洋环境下钢筋混凝土结构的腐蚀与防

3、护问题和修复已损伤的钢筋混凝土结构，每年耗资将近200亿英镑[6]；前苏联有关资料表明，仅工业厂房受钢筋锈蚀损坏的总额就占其国有资产的16%，有些厂房使用10年左右即已严重破坏，经常需要维修，有些建筑物维修费用已超过其原始造价[7]。我国的混凝土结构量大面广，其耐久性问题也十分突出。林志伸对我国工业厂房进行的宏观调查表明，环境条件是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素，当结构质量较好且在正常环境中工作，虽然混凝土会发生碳化，但钢筋锈蚀少，而对处于潮湿环境、干湿交替、特别是有腐蚀介质的部位，构件中钢筋发生严重锈蚀[8]。中国建筑科学研究院的调查表明，我

4、国现役工业建筑物损坏严重，结构的使用寿命一般不能保证50年，多数在25~30年左右就必须进行大修或加固[9]。据不完全统计，在2000年，我国至少已有23.4亿平方米的建筑物因安全度过低而面临退役的威胁。建设部统计资料表明，在我国现有的近70亿平方米的城镇建筑物中，有50%进入老化阶段，其中约有10-12亿平方米需经加固改造才能安全使用[10]。......1.2研究现状按照混凝土结构耐久性关于寿命准则[13]的定义，可以将结构寿命划分为碳化寿命准则、锈胀开裂寿命准则、裂缝宽度与钢筋锈蚀量限值寿命准则和承载力寿命准则。混凝土结构在服役过程中，环境作

5、用导致材料性能不断劣化，当材料性能裂化到结构不再满足预定功能时，认为混凝土结构达到了耐久性设计的极限状态[14]。钢筋锈蚀是导致混凝土损伤的最主要因素，以钢筋锈蚀发展为线索，按照寿命准则划分的方式，对结构在长期使用过程中的性能退化的极限状态分为4个阶段，如图1.1所示。一般大气环境下钢筋钝化膜破坏的主要原因[13]是混凝土保护层的碳化，当混凝土碳化到钢筋表面，使钢筋失去钝化膜的保护作用，钢筋开始锈蚀，将脱钝视为第1极限状态。碳化寿命准则以钢筋开始锈蚀的时间作为混凝土结构的寿命，对于大多数混凝土结构较为保守。当混凝土表面出现沿筋的锈胀裂缝时，受环境腐

6、蚀介质的影响更大，钢筋锈蚀速度加快，结构的安全性危害加剧，将保护层出现顺筋裂缝视为达到结构耐久性的第2极限状态。锈胀开裂寿命准则[13]认为应将混凝土出现顺筋裂缝作为结构耐久性失效的标志，这对于有观感要求的结构构件较为适用。...........2基于承载能力极限状态的耐久性概率设计本章介绍耐久性概率设计方法的基本思路，首先归纳耐久性设计的一般方法，进而明确本文的技术路线；其次为建立基于结构状态可靠度的极限状态方程，定义耐久性失效标志，分析目标可靠指标的取值；最后给出极限状态方程和求解分项系数的方法。2.1基本思路规范设计法又称为传统经验法，它是按

7、划分的环境作用等级和建筑物的合理使用年限确定，并不应低于现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》的规定，对结构构件直接规定混凝土强度、水灰比和保护层厚度，并注重构造细节、施工质量等。这种方法可以方便普遍应用于工程中，为国内外现行混凝土结构设计规范所采用。分项系数法在承载能力极限状态设计中，这种方法以半经验半概率理论为基础，用材料安全系数来考虑材料性能及计算模式不确定性对于承载力结果的影响，由此计算得到的抗力具有相应的保证率，只是这个数值具体是多少难以确定[15]。分项系数是为了保证所设计的结构具有规定的可靠度，取值是基于实验数据的统计评估和现场观

8、测的结果，并在长期建筑经验中得以校准。应该考虑荷载代表值的不利偏差、材料和结构属性代表值的不利偏差、模型的不确定性和尺寸效