碳化作用下在役混凝土桥梁时变可靠度评估

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发布时间：2021-10-22

资料介绍

该文总结了基于碳化的钢筋混凝土退化模型，建立了一般大气环境下考虑碳化平均锈蚀的弯曲抗力退化模型，用
Monte Carlo方法编制了退化钢筋混凝土构件及系统的时变可靠度计算程序。以一座公路简支板桥为算例，结果表明：在一般大
气环境下考虑碳化引起的平均锈蚀，桥梁承载能力时变可靠度在 45 a左右即下降到设计目标可靠度，从而需要补强，无法达
到设计使用期；同时建议将混凝土保护层开裂时间作为桥梁检查或维修参考点。
关键词：碳化；平均锈蚀；Monte Carlo法；时变可靠度
中图分类号：U448．33 文献标识码：A 文章编号：1009—7716(2011)o4一o084—03
0 引言
量大面广的在役混凝土桥梁，由于材料性能
不断退化导致承载力日益下降，其实际使用期远
低于设计使用期，成为公路安全运输的巨大隐患。
如何有效地识别承载力的下降，实现桥梁适时维
修，是公路管养部门面临的难题¨．4】。
在一般大气环境下工作的桥梁结构，退化最
常见的因素是混凝土的碳化。碳化造成混凝土PH
值下降，使钢筋失去弱碱性的包含，导致钢筋锈
蚀，从而引起钢筋混凝土结构性能的退化。在碳
化模型方面，国内外众多学者在混凝土碳化的机
理、影响因素、模型建立等方面做了大量的工作，
为混凝土结构性能的研究和安全评估提供了重
要的依据【51。
本文在总结已有碳化模型研究的基础上，建
立了在役钢筋混凝土桥梁的弯曲抗力退化模型，
给出了公路桥梁恒载、活载概率模型，并采用蒙特
卡洛方法编制计算程序对在役桥梁的构件及体系
可靠度进行求解。
1 基于碳化的钢筋混凝土退化模型
1．1钢筋开始锈蚀时间
混凝土碳化条件下钢筋锈蚀开始时间t ：
f孕 )z (1) { ／
式中，为碳化残量，mm；c为混凝土保护层
厚度，mm；Ji}为碳化系数。
Xo=4．86(-RH+1．5RH一0．45)(c一5)0nf~ -2．30) (2)
式中以为混凝土立方体抗压强度标准值，MPa；
RH为环境湿度，％。
收稿日期：2011-02—24
作者简介：刘爱民 (1976一)，男，上海人，项目负责人，从事项
目管理和技术工作。
‰k,,k,ke f mc-k mc-O．761 (3) =K l—7一 ·J () ＼ cu ／
式中，km~~N(1．8,0．25)，为碳化深度计算模式
不定系数；．为混凝土立方体抗压强度，MPa；舢
为混凝土立方体抗压强度平均值与标准值的比
值；ki为碳化速度钢筋位置修正系数，角部 1．4，非
角部1．0；kco为二氧化碳浓度修正系数；|i} =1．，为 z
2
浇注面修正系数；k s为工作应力修正系数，受压
1．0，受拉1．1；ke为环境影响系数。
1．2 钢筋锈蚀速率
混凝土保护层开裂前钢筋锈蚀速率为：
A 1=46k k ，k e (RH一0．45) c (4)
混凝土保护层开裂后钢筋锈蚀速率为：
、 f4．0A l 一187．5A 1 A 1≤o．008 …
A e2 l2．5A A ≤0．o08 (5)
式中，km~--N(1．0,0．15)，为钢筋锈蚀速率计算
模式不定系数；．j} 为钢筋位置修正系数，角部1．6，
非角部 1．0；|j} 为小环境条件修正系数。
1．3混凝土保护层锈涨开裂时间
保护层锈涨开裂的起始时间为：
t ，= + (6)
A l ’
式中，6 ，为保护层锈涨开裂时的临界钢筋锈
蚀深度，mm，由下式确定：
f ＼
6 Ij} …k(0．008 +0．0o055f~~+0．022) (7) ＼ 0 J
式中， -N(1．03，0．15)，为钢筋临界锈蚀深度
计算模式不定系数；七为钢筋位置影响系数；D。
为钢筋初始公称直径。
1．4 钢筋锈蚀率
钢筋锈蚀对承载能力的影响，最终都反应在
锈蚀率卵上来。