本站原创
摘要：钢筋混凝土在侵蚀性环境下性能劣化的主要原因是较差的混凝土耐久性和钢筋的腐蚀。钢筋锈蚀易导致混凝土地面的纵向开裂和散裂，导致结构承载能力降低10-20%。维修加固造成的经济损失巨大，因此预测腐蚀裂缝和散裂的可能性和范围具有重要意义。
关键词：钢筋混凝土；锈蚀；裂缝
随时间变化的二维空间可靠性方法，要考虑混凝土性能的任意时间可变性。混凝土保护层锈胀裂缝开始和扩展时的临界氯化物浓度，能揭露和预测混凝土保护层诱导腐蚀开裂的可能性和范围。现有的研究方法不能预测的结构部件损害的范围，本文介绍了一种典型的钢筋混凝土结构随时间变化的二维空间可靠性分析方法。包括以下几部分：1）裂缝的第一影响范围的可能性；2）遭受严重裂缝的面积；3）混凝土保护层至少为 有裂缝的可能性。
1混凝土保护层锈胀开裂
各阶段裂缝发展情况如图1所示，随时间而产生的裂缝可分成以下两个阶段，即裂缝开始( )—第一时间裂缝(细小裂缝宽度 )；裂缝扩展( )—第一时间裂缝扩展到极限裂缝宽度。
裂缝建模可以通过三维有限元分析方法来解决，然而，许多有限元方法包含成千上万个结点，因此常常导致过多计算量。应用随机领域的方法分析裂缝开始和扩展可以使计算工作量最小化，使解决方案更加优越。
纽卡斯尔大学进行了局部加速腐蚀实验，用8个 的混凝土试件来模拟一个典型的钢筋混凝土结构的加速腐蚀 。这个实验用 钢筋研究混凝土保护层的作用和腐蚀裂化时的水灰比，实验数据见表1和图2。用于加速腐蚀实验腐蚀电流的近似值 该电流值可以保证系列实验可在2～6个月完成。由于实验数据有限，裂缝的开始和扩展模型在这里只是初步实证，其有效性尚需更多的数据支持。
这个实验结果表明初始裂缝(第一裂缝)能合理的预测，初始裂缝受侵蚀速度、保护层、混凝土质量和原料性质的影响。严重裂缝( )指的是从(初始裂缝)到极限裂缝宽度的时间。诱导腐蚀裂缝扩展( )的经验模型可从实验结果中推断，混凝土保护层延伸的极限裂缝宽度( )可按下式计算：
式中： 是依据 模型预测中的初始裂缝时间； 是裂缝开始时间； 是水灰比率； 是混凝土保护层厚度( ) ； 是侵蚀速度( )。
预测某一时间范围内的严重裂缝必须定义“限制裂缝宽度”这一概念。对于建立极限裂缝宽度模型有不同的观点，例如：对于耐久性极限状态，极限裂缝宽度适合在 和 之间( 等人 )，然而 的极限裂缝宽度被推荐为最合理的( )极限裂缝宽度。实验数据表明，裂缝宽度要结合纵向裂缝宽度确定在 到 之间。如果裂缝宽度超过 - 不能修复( 等人)，结构的使用年限将大大减少。如何定义“过多的”取决于裂缝宽度个别情况和投资者的策略。本文中定义的极限裂缝宽度为 ，代表严重开裂。
通常，腐蚀速度可以表示成时间变量，如下式：
式中 为腐蚀开始时间， 和 为常量。如果腐蚀速度是时间常量(时间不变量)，那么 ， 。另一方面，如果腐蚀速度象预期的那样增加或减少，那么，钢筋表面腐蚀速度这个时间变量，将会随时间而降低。例如， Vu and中提出，在钢筋表面生成铁锈，导致铁离子扩散，因此降低了腐蚀速度和腐蚀时间。
基于合理的检测定对时间范围内过多的裂缝评估，铁锈产生的数量同裂缝宽度一样都是腐蚀速度不变量和时间变量。因此可推断出时间范围内过多的裂缝：(3)
2随时间变化的空间可靠性模型
随机领域分析是一种建模方法，表现为空间可变性变量。随机领域分析包括相应任意范围的离散化和在一定的空间内随机变量的相互关系。因此，结构按大小排列分成 个元素(△),随机变量代表随机领域内的每个元素。在 个元素中划分结构的方法叫做离散化方法 (包括无穷大范围内许多有限的点值)。因此，随机变量的计算等于离散点的计算量。在不同因素中，统计随机变量的相关性是基于相应的随机领域的相关性特征( )。一旦定义随机领域，蒙特卡洛模拟方法就可以用来随机生成参数值，为K个离散元素。
已提出的几种任意范围的离散化转化为随机变量的方法，包括空间平均法，中点法,节点法和内插法。
本文采用中点法，随机领域内的元素根据元素的质心值来确定，这个值可检测设为元素内的常量。中点法选择这个随机领域研究模型是由于它的计算相对方便，数字上稳定的计算结果，它适用于 和非高斯随机领域。
自相关函数 详细说明了2个元素间隔开 距离的相关系数。换句话说，自相关函数表现为两个辅助元素的空间相关性。因此，距离小的自相关函数接近于1。同样距离增大，自相关函数的功能降低。相关长度为 时，自相关函数的变化。
因为现有数据的不足，非常难判断哪个模型能最好表现混凝土保护层、混凝土抗压强度和表面氯化物浓度的空间可变性的基本原理。典型的 指数自相关函数已经普遍的应用于其它外部工程，突出了材料性能和荷载的空间可变性。对于二维的随机领域，
(4)
在物理意义上讲，相关长度是近似长度。基于目前的观察数据和计算结果在相关系数中的应用， 已经提出了用不同的实践方法来评估相关长度，例如非线性的回归分析法或根据相关函数范围内的定义。基于对已有的可利用资料的分析总结，这里混凝土抗压强度，混凝土保护层和表面氯化物浓度的研究应用了 的相关长度。
结论
基于已有的研究成果，提出了预测钢筋混凝土锈胀开裂和裂缝扩展的空间可靠度法，介绍了离散化方法的选择，自相关函数的选取和相关长度的确定。
作者简介：
张轶辉，女，1971年2月21日出生，吉林市城园设计院有限责任公司，研究方向：建筑工程。
关键词：钢筋混凝土；锈蚀；裂缝
随时间变化的二维空间可靠性方法，要考虑混凝土性能的任意时间可变性。混凝土保护层锈胀裂缝开始和扩展时的临界氯化物浓度，能揭露和预测混凝土保护层诱导腐蚀开裂的可能性和范围。现有的研究方法不能预测的结构部件损害的范围，本文介绍了一种典型的钢筋混凝土结构随时间变化的二维空间可靠性分析方法。包括以下几部分：1）裂缝的第一影响范围的可能性；2）遭受严重裂缝的面积；3）混凝土保护层至少为 有裂缝的可能性。
1混凝土保护层锈胀开裂
各阶段裂缝发展情况如图1所示，随时间而产生的裂缝可分成以下两个阶段，即裂缝开始( )—第一时间裂缝(细小裂缝宽度 )；裂缝扩展( )—第一时间裂缝扩展到极限裂缝宽度。
裂缝建模可以通过三维有限元分析方法来解决，然而，许多有限元方法包含成千上万个结点，因此常常导致过多计算量。应用随机领域的方法分析裂缝开始和扩展可以使计算工作量最小化，使解决方案更加优越。
纽卡斯尔大学进行了局部加速腐蚀实验，用8个 的混凝土试件来模拟一个典型的钢筋混凝土结构的加速腐蚀 。这个实验用 钢筋研究混凝土保护层的作用和腐蚀裂化时的水灰比，实验数据见表1和图2。用于加速腐蚀实验腐蚀电流的近似值 该电流值可以保证系列实验可在2～6个月完成。由于实验数据有限，裂缝的开始和扩展模型在这里只是初步实证，其有效性尚需更多的数据支持。
这个实验结果表明初始裂缝(第一裂缝)能合理的预测，初始裂缝受侵蚀速度、保护层、混凝土质量和原料性质的影响。严重裂缝( )指的是从(初始裂缝)到极限裂缝宽度的时间。诱导腐蚀裂缝扩展( )的经验模型可从实验结果中推断，混凝土保护层延伸的极限裂缝宽度( )可按下式计算：
式中： 是依据 模型预测中的初始裂缝时间； 是裂缝开始时间； 是水灰比率； 是混凝土保护层厚度( ) ； 是侵蚀速度( )。
预测某一时间范围内的严重裂缝必须定义“限制裂缝宽度”这一概念。对于建立极限裂缝宽度模型有不同的观点，例如：对于耐久性极限状态，极限裂缝宽度适合在 和 之间( 等人 )，然而 的极限裂缝宽度被推荐为最合理的( )极限裂缝宽度。实验数据表明，裂缝宽度要结合纵向裂缝宽度确定在 到 之间。如果裂缝宽度超过 - 不能修复( 等人)，结构的使用年限将大大减少。如何定义“过多的”取决于裂缝宽度个别情况和投资者的策略。本文中定义的极限裂缝宽度为 ，代表严重开裂。
通常，腐蚀速度可以表示成时间变量，如下式：
式中 为腐蚀开始时间， 和 为常量。如果腐蚀速度是时间常量(时间不变量)，那么 ， 。另一方面，如果腐蚀速度象预期的那样增加或减少，那么，钢筋表面腐蚀速度这个时间变量，将会随时间而降低。例如， Vu and中提出，在钢筋表面生成铁锈，导致铁离子扩散，因此降低了腐蚀速度和腐蚀时间。
基于合理的检测定对时间范围内过多的裂缝评估，铁锈产生的数量同裂缝宽度一样都是腐蚀速度不变量和时间变量。因此可推断出时间范围内过多的裂缝：(3)
2随时间变化的空间可靠性模型
随机领域分析是一种建模方法，表现为空间可变性变量。随机领域分析包括相应任意范围的离散化和在一定的空间内随机变量的相互关系。因此，结构按大小排列分成 个元素(△),随机变量代表随机领域内的每个元素。在 个元素中划分结构的方法叫做离散化方法 (包括无穷大范围内许多有限的点值)。因此，随机变量的计算等于离散点的计算量。在不同因素中，统计随机变量的相关性是基于相应的随机领域的相关性特征( )。一旦定义随机领域，蒙特卡洛模拟方法就可以用来随机生成参数值，为K个离散元素。
已提出的几种任意范围的离散化转化为随机变量的方法，包括空间平均法，中点法,节点法和内插法。
本文采用中点法，随机领域内的元素根据元素的质心值来确定，这个值可检测设为元素内的常量。中点法选择这个随机领域研究模型是由于它的计算相对方便，数字上稳定的计算结果，它适用于 和非高斯随机领域。
自相关函数 详细说明了2个元素间隔开 距离的相关系数。换句话说，自相关函数表现为两个辅助元素的空间相关性。因此，距离小的自相关函数接近于1。同样距离增大，自相关函数的功能降低。相关长度为 时，自相关函数的变化。
因为现有数据的不足，非常难判断哪个模型能最好表现混凝土保护层、混凝土抗压强度和表面氯化物浓度的空间可变性的基本原理。典型的 指数自相关函数已经普遍的应用于其它外部工程，突出了材料性能和荷载的空间可变性。对于二维的随机领域，
源于：免费论文查重站www.udooo.com
类型的自相关函数可按下式计算：(4)
在物理意义上讲，相关长度是近似长度。基于目前的观察数据和计算结果在相关系数中的应用， 已经提出了用不同的实践方法来评估相关长度，例如非线性的回归分析法或根据相关函数范围内的定义。基于对已有的可利用资料的分析总结，这里混凝土抗压强度，混凝土保护层和表面氯化物浓度的研究应用了 的相关长度。
结论
基于已有的研究成果，提出了预测钢筋混凝土锈胀开裂和裂缝扩展的空间可靠度法，介绍了离散化方法的选择，自相关函数的选取和相关长度的确定。
作者简介：
张轶辉，女，1971年2月21日出生，吉林市城园设计院有限责任公司，研究方向：建筑工程。