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 限或屈 服极 限 的反 复荷载 的作 用下 发生 突然 的疲 劳破 坏 。其服役过程 中腐蚀介质引起的钢筋锈蚀不仅减小 钢筋有效截面和增大钢筋疲劳应力幅 ，同时降低钢筋 疲劳强度 ，严重地影 响结构使用 寿命。曹建安等…在 实 际桥梁 退换 下 的老化 构件 中截 取锈 蚀钢 筋进 行疲 劳 强度 试验 。结 果表 明 ，锈 蚀不 仅使 钢筋 有效 截 面 、屈 服 强度 和变 形 能力减 小 ，而且 明显 降 低 其 疲 劳强 度 。金 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 于碳 化 引起 的钢 筋锈 蚀 。因此 ，在 桥 梁结 构 老 龄 化 以 及 交通 流量 日益增 加 、车载 增大 、使用 环境 逐渐 恶化 的 情况下 ，计算氯离子腐蚀环境下钢筋混凝土桥梁疲劳 时 变可靠 指 标具 有重 要意义 。 实 际工 程 中 ，桥 梁结 构 的材 料 强 度及 结 构 上 作 用 的荷 载都具 有 随机性 ，并 且反 复 荷 载 作 用 下结 构是 否 发 生疲 劳破 坏是 不 确定 的 ，因此 应 该 采 用 可靠 度 理论 分 析疲 劳过 程 。 由于 服役 过 程 中抗 力 随 时 间衰 减 ，结 构 的失 效概 率 随时 问变化 ，其 疲劳 可靠 度具 有时 变性 。 贡金鑫等 对腐蚀 环境下钢筋混凝土构件 的疲劳 可 靠度分析方法进行了研究 ，提出考虑疲劳性能降低的 结 构疲 劳可 靠 度计算 方法 。 从 现有 钢筋 混凝 土梁 的疲 劳腐 蚀试 验 和工程 实例 来 看 ，几乎 所有 破坏 均 以受 拉钢 筋 突然 断 裂 为 破 坏 标志。据此 ，氯离子腐蚀环境下钢筋混凝土梁的疲 劳 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) 作者简介 ：张丽华(1987一 )，女 ，安徽 凤阳人 ，博 士研究生 。 计算应作如下假设 ：不考虑混凝土的疲劳影响，以钢筋 疲劳破坏作为钢筋混凝土梁的疲劳计算依据。本文针 对氯离子腐蚀环境中的钢筋混凝土桥梁结构的疲劳破 坏 问题 ，考 虑钢 筋 的截 面 特性时 变和疲 劳强 度时变 ，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 度分 析 ，计 算 结 构 的 时变 疲 劳 可靠 指标 。 1 疲劳抗 力衰减 由于钢筋 锈蚀 是腐蚀 环境 中钢 筋混凝 土结 构 的主 要 病害 ，其 中氯离 子侵 蚀 环 境 下钢 筋 锈 蚀包 括 由氯 离 子 侵蚀 导致 的均匀 锈 蚀 和裂 缝 处 局部 不 均 匀 锈坑 ，前 者 主要 减小 钢筋 有效 截 面 ，后 者则 主要 降低 钢 筋 材 料 本 身 的疲 劳性能 。 因此 ，钢 筋 混凝 土桥 梁 构件 疲 劳 性 能 衰减 的关 键 因素是有 效钢 筋截 面和钢 筋疲 劳强度 。 1．1 钢筋 截面锈 蚀率 尽管 氯离子 在混 凝 土 结 构 中 的传 输 机 理很 复 杂 ， 但扩 散被 认为是 一个 主要 的传输 方式 。这个 过程 一般 采用 Fick第 二定 律描 述氯 离子 的扩 散 浓度 、扩 散 系数 与扩 散时 间 的关 系 ，认 为混 凝 土 中的孔隙均 匀分 布 ，氯 离子 在混 凝土 中扩 散是 一 维 扩 散 行 为 ，浓 度 梯 度 仅沿 着暴 露表 面到 钢筋 表面 的方 向变化 。 由于混凝 土表 面 氯离 子质 量浓 度与解 冻盐 饱 和溶液 的氯离 子浓 度保持 平衡 ，假定 C 为钢筋开始锈蚀的临界氯离子浓度值，d 为混凝土保护层厚度，则钢筋开始锈蚀时间 。。，为：

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