氯离子随机扩散分析是海洋混凝土结构 靠性和服役寿命的基础 。利用局部平均法 ，将混凝土的氯离子扩散系数 随机场离散为一 组 随机变 量 ，利用 Taylor级数将 氯离子分布矩阵 、扩散矩阵和节点浓度 向量进行摄 动展开 ，建 立了氯离子扩散分析 的随机有限元法递归 方程 ，据此分析氯离子随机浓度 的均值和变异系数 ，并研究 了氯离子在混凝 土中随机扩散的规律。通过算例 比较分析 ，表 明了所建立 的摄 动随机有限元方法具有较高的计算精度，而且计算结果对随机场的相关结构不敏感 验证了氯离子扩散系数的变异性对氯离子扩散过程 具有显著影响 。 关键词 ： 混凝土 ；氯离子扩散 ；随机场 ；随机有 限元法 中图分 类号： TU528．01 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1002—3550(2012)06—0037—03 Stochasticfiniteelementmethodforchloridediffusioninconcrete YANGLu—feng1,2HONGBin，HUChun-yan1，LIRan，CHENZhen~，GAOOin (1．KeyLaboratoryofDisasterPreventionandStructuralSafetyofChinaMinistryofEducation，SchoolofCivilEngineering andArchitecture，GuangxiUniversity，Nanning530004，China；2．DepartmentofHousingandUrban·RuralDevelopment， ’ GuangxiZhuangAutonomousRegion，Nan ning530028，China) Abstract： Investigationofrandom diffusionofchlorideioninconcreteisofsignificanceforreliability analysisan dservicelifepredictionof marineengineeringstructures．Theran dom fieldwasdiscreditedintoasetofran dom variablesbymean softhelocalspatialaveragemethod．The chloridedistributionanddifusionmatricesandtheconcentrationvectorareexpandedemployingtheperturbationtechniqueSOthattherecursive equationsofstochasticfiniteelementmethodwcrcdevelopedforchlorideiondiflu sionandaccumulation inconcrete．1]hemean an dthetoe衢 cient ofvafi~ion (C0V)ofthechloridecontentaredefined．AnexampleiSconsideredfordiflu sionofchlorideioninconcretewithrandom coeficients usingthepresentedmethodinthispaper．TheresultsrenderedbytheproposedmethodwerecomparedwiththosebytheM onteCarlosimulation， which dem onstratesthatthe proposed m ethod iSeffective．accurate and insensitive tO the correlation structureofthe random field．Itisalso concludedthattheCOV of恤ediflusioncoefficientaffectssignificantlythedifillsionprocessofchlorideioninconcrete． Keyw ords： concrete；chloridediffusion；random field；stochasticfiniteelementmethod 0 引 言 21世纪最主要 的工程结构形式之一为钢筋混凝 土结 构 ，暴 露于富含氯离子环境下的钢筋混凝土结构，常常会因为氯离子 通过毛细管作用、渗透作用、扩散作用、电化学迁移作用【1_，发生 严重 的混凝土剥落 以及钢筋锈蚀等现象 ，从 而导致结 构的使用 性能和耐久性受到极大 的影响。通常用 Fick第二扩散定律来描 述氯离子在混凝土 中的扩散过程 。尽管试验和解 析理论是研究 混凝土中氯离子扩散的重要手段，但数值方法因为具有很强的 适应性 而受到 了学术界 的广泛重视 。Ababneht2]运用有 限差分法 研究了氯 离子渗透 问题 。Han[]基 于修正 的扩散系数运用有 限元 法分析阻滞氯离子扩散的途径。杨绿峰等人提出了混凝土中氯 离子扩散场的补偿长度理论，并据此建立了混凝土中氯离子扩 散的边界元法网以及有限元法嘲等数值分析方法。 由于混凝土 自身材料 性能和环境条件的随机变异性 ，氯离 子在混凝土中扩散和积聚过程必然是一个随机过程，因而模拟 随机扩散过程显得尤为重要 。随机分析可分为两类 ：一类是抽样 分析方法，通过随机抽样技术获得结构随机参数的样本序列 ，然 后通过结构 分析 的确 定性有 限元方 法获得与每 一组样本 相应 的结构 响应量序列 ，最后直接利用统计方法 (如 Monte．Carlo法 ) 或通过多项式拟合的方法(如响应面法)获得响应量的概率分 布和统计 特征 ；另一类 以随机有 限元 法为代表 ，属随 机数 值方 法，通过级数展开的方法将随机刚度方程转化为确定性方程 ，求 得到结构响应量的统计参数的表达式 ，从而避免 了第 一类 方法 中所 需的样本试验和统计分析。 由于摄动随机有限元法(PerturbationStochasticFiniteElement Method，简记为 sFEM)对随机场的信息要求低，通常只需一至 二阶统计量即可得到足够精度的解 ，所 以在 随机 数值 分析 中得

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