混凝土结构耐久性设计方法与寿命预测研究进展_金伟良

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锈蚀及疲劳损伤后钢筋混凝土梁寿命预测及敏感性分析

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

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

“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

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。

混凝土结构耐久性设计方法与寿命预测研究进展_金伟良

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

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

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。

CCES01-2004 混凝土结构耐久性设计与施工指南

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。

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作者简介:金伟良(1961) ),男,浙江大学结构工程研究所所长,教授。

收稿日期:2006年8月0 概述混凝土结构是目前使用最为广泛的结构形式,由于混凝土结构材料自身和使用环境的特点,使混凝土结构不可避免地存在耐久性问题。

自混凝土结构问世以来,大量的混凝土结构提前失效大多源于混凝土结构耐久性的不足。

当前欧美等发达国家每年用于已有工程的维修费用都已占到当年土建费用总支出的1/2以上。

我国在役以混凝土为主体的结构在数量上居于绝对支配地位,混凝土结构耐久性问题更加突出,存在着/南锈北冻0的耐久性破坏特征。

5中国腐蚀调查报告6[1]指出,建筑部门的腐蚀年损失约为1000亿人民币,其经济损失以及对社会安定性的冲击力之大不言而喻。

随着我国东部地区经济的持续增长和西部大开发发展战略的实施,我国正以前所未有的巨大投资进行7第28卷第1期建筑结构学报Vol 128,No 112007年2月Journal of Building StructuresFeb 12007着空前规模的基础设施建设,很多投资上亿的混凝土工程正在酝酿、设计或建设之中,这次建设高潮将持续一、二十年。

然而,海洋气候等恶劣环境中重大混凝土结构的耐久性问题在理论上尚未完善解决,工程寿命能否达到设计要求,仍是相当严峻的现实问题。

这个问题如果不给予足够重视,就会犯下难以弥补的过错,将会严重阻碍我国经济的持续高速发展,给国家和社会造成巨大的经济损失。

在我国大兴土木的同时,潜在的风险也必须被重视:一方面,兴建混凝土工程消耗着大量能源与资源;另一方面,大量的混凝土工程由于耐久性劣化而产生巨额维护费用,提前退出服役的混凝土结构则产生大量的难以回收和处理的建筑垃圾。

这些情况都有悖于可持续发展的基本国策。

因此,提高混凝土结构的耐久性,延长混凝土结构的寿命,是个不容回避、必须高度重视的问题。

正因为混凝土结构耐久性问题的重要性,近年来世界各国都越来越重视研究混凝土结构的耐久性,众多的研究者从环境、材料、构件和结构等不同层面展开了研究,取得了系列研究成果,其中以材料层面的成果最为显著[2-10],构件层面也积累了较多的试验、测试和理论研究的成果[11-31]。

由于影响混凝土结构耐久性的因素众多,作用机理复杂,就目前所取得的研究成果而言,要真正运用于实际工程,实现混凝土结构全生命周期耐久性设计和寿命预测的要求,还有一定距离。

下面将介绍混凝土结构层面耐久性研究的研究进展和发展趋势。

1混凝土结构耐久性定义混凝土结构耐久性是指混凝土结构及其构件在可预见的工作环境及材料内部因素的作用下,在预期的使用年限内抵抗大气影响、化学侵蚀和其他劣化过程,而不需要花费大量资金维修,也能保持其安全性和适用性的功能[43]。

这个混凝土结构耐久性的定义实际上包含了三个基本要素[32]:(1)环境:结构处于某一特定环境(包括自然环境、使用环境)中,并受其侵蚀作用;(2)功能:结构的耐久性是一个结构多种功能(安全性、适用性等)与使用时间相关联的多维函数;(3)经济:结构在正常使用过程(即设计要求的自然物理剩余寿命)中不需要大修。

定义中的工作环境及材料内部因素的作用指的是物理或化学作用,根据结构工作环境情况、破损机理、形态以及国内各行业传统经验,可将混凝土结构的工作环境分成6大类[33]:¹大气环境;º土壤环境;»海洋环境;¼受环境水影响的环境;½化学物质侵蚀环境;¾特殊工作环境。

同时,结构耐久性是结构的综合性能,既涉及结构的承载能力、又涉及结构的正常使用以及维修等,反映了结构性能随时间的变化,这样就不可简单地把耐久性归入为承载能力状态或正常使用状态[4-5,9]。

而耐久性的经济性则体现在以较小的维修成本达到维持混凝土结构基本功能的要求,若业主要求延长结构使用寿命时则需适当的维修成本就可达到其目的。

混凝土结构产生耐久性失效,是指由于在环境作用下,混凝土或钢筋的材料物理、化学性质及几何尺寸的变化,继而引起混凝土构件外观变化,不能满足正常使用的要求,导致承载能力退化,最终影响整个结构的安全。

因此,混凝土结构的耐久性失效应考虑以下几个方面[32]:(1)结构外观或表面破损已不能满足正常使用或美学要求;(2)钢筋锈蚀或结构破损已导致结构承载力下降到不能允许的程度;(3)对结构进一步维修在技术上或经济上已经不可行。

应当看到:混凝土结构耐久性的失效过程包含在混凝土结构的建造、使用和老化的结构全生命过程,以及与结构全生命过程相对应的结构设计、施工和维护的各个环节。

2混凝土结构耐久性设计在混凝土结构耐久性研究过程中,混凝土结构耐久性设计的思想也不断地被尝试引入结构设计和工程实践中,1989年欧洲出版了5CEB耐久混凝土结构设计指南6[34],1990年日本发布了5混凝土结构耐久性设计建议6[35],国际材料与结构研究实验联合会(RILE M)于1990年出版了5混凝土结构的耐久性设计6[36],欧盟在2000年出版了5混凝土结构耐久性设计指南6[37]等等。

我国在总结国内外研究成果的基础上,2000年颁布了交通部行业标准5海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范6(JTJ275)2000)[38],2004年中国土木工程学会编制了5混凝土结构耐久性设计与施工指南6(CCES01)2004)[39],交通部行业标准5公路8工程混凝土结构防腐蚀技术规范6也即将发布,5混凝土结构耐久性评定标准6和5混凝土结构耐久性设计规范6已完成了起草工作。

它们的问世对改善我国混凝土结构耐久性研究及其工程应用状况将起到积极的作用,也为混凝土结构的耐久性设计和延长工作寿命明确了方向。

然而,这些规定仍然局限于环境分类和材料方面的要求,在结构材料和结构构造方面间接地反映了结构设计对耐久性和使用年限的要求,并且无法实现对混凝土结构耐久性的设计目标的量化规定。

对于某些重要基础工程,欲确保100年(或120年)的使用年限,尚缺乏普遍认可的基于可靠度分析并以混凝土耐久性作为设计指标的设计理论。

目前混凝土结构耐久性设计方法基本可分成两大类。

第一类首先源于欧洲5CEB耐久混凝土结构设计指南6[34],如国内的5海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范6(JTJ275)2000)[38]、5混凝土结构耐久性设计与施工指南6(C CES01)2004)[39]等。

这类方法首先按业主的意愿和经济实力确定结构的设计使用年限;再按结构的工作环境确定腐蚀等级;进而建立在设计使用年限内结构抵抗环境作用能力大于环境对结构作用效应的耐久性极限方程(如日本土木工程学会提出的指数评分法、ISO因子法、验算法等);最后利用极限状态法对耐久性极限状态进行验算。

耐久性设计的极限状态主要按适用性的要求确定,常以有害介质侵蚀到钢筋表面或混凝土保护层胀裂作为为耐久性极限状态。