考慮氯離子侵蝕的鋼筋混凝土橋梁疲勞時(shí)變可靠度

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1、鐵道建筑2011年第12期RailwayEngineeringl9文章編號(hào)：1003—1995(2011)12—0019-04考慮氯離子侵蝕的鋼筋混凝土橋梁疲勞時(shí)變可靠度張麗華，賈金青，余芳(大連理工大學(xué)海岸和近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧大連116024)摘要：基于混凝土中氯離子擴(kuò)散及其引起鋼筋銹蝕的機(jī)理，提出了鋼筋面積隨時(shí)間變化的公式。根據(jù)銹蝕鋼筋疲勞試驗(yàn)，提出了反映鋼筋疲勞性能的疲勞強(qiáng)度時(shí)變模型?；谏鲜瞿Ｐ?，運(yùn)用線性累積損傷法則和蒙特卡羅方法，對(duì)鋼筋混凝土橋梁進(jìn)行疲勞可靠性分析，計(jì)算其時(shí)變疲勞可靠度。結(jié)

2、果表明：氯離子侵蝕作用下，鋼筋有效截面減小和疲勞性能衰減顯著降低橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞可靠指標(biāo)。本文建立的計(jì)算模型能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)疲勞可靠性的鑒定以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的維修決策提供有效參考。關(guān)鍵詞：氯離子侵蝕鋼筋銹蝕疲勞損傷時(shí)變可靠度中圖分類號(hào)：TU375．1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)常常會(huì)在低于材料的強(qiáng)度極計(jì)算應(yīng)作如下假設(shè)：不考慮混凝土的疲勞影響，以鋼筋限或屈服極限的反復(fù)荷載的作用下發(fā)生突然的疲勞破疲勞破壞作為鋼筋混凝土梁的疲勞計(jì)算依據(jù)。本文針壞。其服役過(guò)程中腐蝕介質(zhì)引起的鋼筋銹蝕不僅減小對(duì)氯離子腐蝕環(huán)境中的鋼筋混凝土橋梁

3、結(jié)構(gòu)的疲勞破鋼筋有效截面和增大鋼筋疲勞應(yīng)力幅，同時(shí)降低鋼筋壞問(wèn)題，考慮鋼筋的截面特性時(shí)變和疲勞強(qiáng)度時(shí)變，運(yùn)疲勞強(qiáng)度，嚴(yán)重地影響結(jié)構(gòu)使用壽命。曹建安等?在用線性累積損傷法則和蒙特卡羅方法，對(duì)鋼筋混凝土實(shí)際橋梁退換下的老化構(gòu)件中截取銹蝕鋼筋進(jìn)行疲勞橋梁進(jìn)行疲勞可靠度分析，計(jì)算結(jié)構(gòu)的時(shí)變疲勞可靠強(qiáng)度試驗(yàn)。結(jié)果表明，銹蝕不僅使鋼筋有效截面、屈服指標(biāo)。強(qiáng)度和變形能力減小，而且明顯降低其疲勞強(qiáng)度。金1疲勞抗力衰減偉良等的調(diào)查結(jié)果表明，沿海地區(qū)氯離子侵蝕造成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕十分嚴(yán)重，銹蝕速度遠(yuǎn)高由于鋼筋銹蝕是腐蝕環(huán)

4、境中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主于碳化引起的鋼筋銹蝕。因此，在橋梁結(jié)構(gòu)老齡化以要病害，其中氯離子侵蝕環(huán)境下鋼筋銹蝕包括由氯離及交通流量日益增加、車載增大、使用環(huán)境逐漸惡化的子侵蝕導(dǎo)致的均勻銹蝕和裂縫處局部不均勻銹坑，前情況下，計(jì)算氯離子腐蝕環(huán)境下鋼筋混凝土橋梁疲勞者主要減小鋼筋有效截面，后者則主要降低鋼筋材料時(shí)變可靠指標(biāo)具有重要意義。本身的疲勞性能。因此，鋼筋混凝土橋梁構(gòu)件疲勞性實(shí)際工程中，橋梁結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)上作用能衰減的關(guān)鍵因素是有效鋼筋截面和鋼筋疲勞強(qiáng)度。的荷載都具有隨機(jī)性，并且反復(fù)荷載作用下結(jié)構(gòu)是否1．1鋼

5、筋截面銹蝕率發(fā)生疲勞破壞是不確定的，因此應(yīng)該采用可靠度理論盡管氯離子在混凝土結(jié)構(gòu)中的傳輸機(jī)理很復(fù)雜，分析疲勞過(guò)程。由于服役過(guò)程中抗力隨時(shí)間衰減，結(jié)但擴(kuò)散被認(rèn)為是一個(gè)主要的傳輸方式。這個(gè)過(guò)程一般構(gòu)的失效概率隨時(shí)問(wèn)變化，其疲勞可靠度具有時(shí)變性。采用Fick第二定律描述氯離子的擴(kuò)散濃度、擴(kuò)散系數(shù)貢金鑫等對(duì)腐蝕環(huán)境下鋼筋混凝土構(gòu)件的疲勞可與擴(kuò)散時(shí)間的關(guān)系，認(rèn)為混凝土中的孔隙均勻分布，氯靠度分析方法進(jìn)行了研究，提出考慮疲勞性能降低的離子在混凝土中擴(kuò)散是一維擴(kuò)散行為，濃度梯度僅沿結(jié)構(gòu)疲勞可靠度計(jì)算方法。著暴露表面到鋼筋表

6、面的方向變化。由于混凝土表面從現(xiàn)有鋼筋混凝土梁的疲勞腐蝕試驗(yàn)和工程實(shí)例氯離子質(zhì)量濃度與解凍鹽飽和溶液的氯離子濃度保持來(lái)看，幾乎所有破壞均以受拉鋼筋突然斷裂為破壞平衡，假定C為鋼筋開始銹蝕的臨界氯離子濃度值，d標(biāo)志。據(jù)此，氯離子腐蝕環(huán)境下鋼筋混凝土梁的疲勞為混凝土保護(hù)層厚度，則鋼筋開始銹蝕時(shí)間。。，為：=[erf(1專)】(1)收稿日期：2011—05-15；修回日期：2011-09．15基金項(xiàng)目：國(guó)家863計(jì)劃課題(2007AA11Z133)其中，c為平衡后的混凝土表面氯離子質(zhì)量濃度，D作者簡(jiǎn)介：張麗華(19

7、87一)，女，安徽鳳陽(yáng)人，博士研究生。為氯離子擴(kuò)散系數(shù)，誤差函數(shù)erf為20鐵道建筑對(duì)數(shù)形式表示材料的高周期疲勞段函數(shù)，則采用隨機(jī)erf(z)={Iexp(一)dz(2)√訂JU過(guò)程反應(yīng)疲勞性能隨時(shí)間變化的疲勞函數(shù)對(duì)數(shù)表達(dá)式中，為氯離子滲透深度。式為根據(jù)KIM等人研究結(jié)果，計(jì)算時(shí)選取D的平均lgN+m()lg(△)=lg[C。()](7)值為2．0×10cnl／s，C的平均值為3．5kg／m，C。的其中，C為規(guī)定的疲勞循環(huán)次數(shù)(常取2×10。次)對(duì)平均值為0．9kg／m，則可以算出構(gòu)件中鋼筋開始銹應(yīng)鋼筋試件的

8、疲勞性能常數(shù)，函數(shù)m(t)，(t)為反映蝕的時(shí)間。結(jié)構(gòu)服役過(guò)程中材料疲勞性能降低的系數(shù)。由于m通常腐蝕環(huán)境中的鋼筋有效截面減小僅考慮鋼筋的變異性很小，本文將其視為確定值；函數(shù)(t)有待整個(gè)外露表面的均勻銹蝕。通過(guò)非破壞性試驗(yàn)中所采通過(guò)試驗(yàn)和工程調(diào)查確定。用的參數(shù)，銹蝕電流密度i(I~A／cm)，根據(jù)法拉第根據(jù)不同銹蝕狀態(tài)下的鋼筋疲勞性能劣化規(guī)律試定律：當(dāng)產(chǎn)生單位銹蝕電流密度即i，=1IxA／cm時(shí)，