钢筋混凝土结构基于可靠度的耐久性分析

摘要：在钢筋混凝土结构当中，其耐久性如果不足很容易产生劣化的结构性能，最终导致结构的可靠度也因此下降。耐久性可以说是钢筋混凝土结构中功能指标中的一个主要部分，也是进行结构设计的主要内容。因此，基于可靠度对钢筋混凝土结构的耐久性进行分析至关重要。

关键词：钢筋混凝土结构；可靠度；耐久性

引言

如果因为材料的制作、结构设计以及施工和使用过程中存在不确定性，要在规定的时间内结构是否可以完成预定的目标就很难进行估计。这里说的结构是否可完成预定功能的概率就是结构的可靠度[1]。在实际中，因为自然环境和材料内部因素等的影响，钢筋混凝土结构的性能会因此而慢慢劣化，导致其抗力也因此下降，进而使得结构在规定时间内完成预定功能的能力不断下降。

当前对结构可靠性的分析中并没有考虑到结构抗力会受到时间的影响，如果结构的抗力一旦降低就会使得结构性能受到不利影响。在这样的情况下，结构可靠度的变化也是进行工程设计和性能评估中十分关注的问题，也是进行结构可靠性研究中的一个主要的内容。

1. 抗力随时间变化结构可靠度耐久性分析

根据工程结构可靠度设计标准的定义，结构可靠度是结构在规定的时间中，和一定的条件下完成预定功能的概念。若将某一极限状态中的功能函数的随机过程表示成

在这个公式当中，表示的是结构在T中需要时刻ti结构抗力低于结构的荷载效应，那么结构就会失效了。在通常的情况下，结构承受的荷载很多而且还很复杂，对结构可靠度进行分析的时候会将结构承受的荷载分为永久性荷载和可变性荷载。我国的一些专业部门在设定结构可靠度统一标准的时候，通常采用的是校准法，这个时候考虑的仅仅是永久荷载和可变荷载的组合，并且在这个基础上对结构设计目标可靠指标进行确定，如果有多个可变荷载作用，再考虑可变荷载效应的概率组合[2]。将这一组合下结构状态的功能函数表示成Z（t）=R（t）-G-Q（t），其中G表示的是永久荷载效应，Q（t）表示的是可变荷载。如果根据现行的结构设计方法且不将结构抗力随时间变化考虑在内。

在腐蚀的环境中，因为结构抗力会因为时间的增加而下降，可靠度分析因此要将这点考虑在内，这就是时间可变可靠度的范畴。当结构性能劣化之后进行可靠性分析，有学者在较早以前就做过研究。但因为其考虑到结构抗力衰减并不是由环境腐蚀造成的，而是由荷载导致的，因而其分析方法和结构疲劳可靠度不同，且将每次未使结构失效的荷载当做是结构的验证荷载，使用抗力截尾分布[2]。随后，很多学者也做过诸如多维积分法和蒙特卡洛法等研究。但是，这些方法都存在局限性，例如，前者计算起来很复杂，后者过用于可靠性近似计算，如果用于结构可靠性分析似乎有不适之处。考虑到结构抗力受时间影响的可靠度分析，要保证计算结构的可靠性，该分析方法应当同现行的结构可靠度标准中使用的可靠度分析方法相互协调。针对现行的可靠度设计标准的假定，我国提出了等效抗力计算方式，能够对老化结构的可靠度进行分析和评估。此外，考虑到抗力和时间关系的结构可靠度计算，很多都限于静态荷载，对承受反复荷载的结构，但是要考虑环境腐蚀的影响时就需要计算其腐蚀疲劳可靠度。而相关的分析方法还不多。实际上，对处于腐蚀环境中的钢筋混凝土结构，腐蚀作用不但使得其截面面积因此减少，而且因为腐蚀不均匀还会导致其出现集中应力。因而，环境腐蚀对于刚劲结构疲劳性能的影响要大于其对静态性能的影响。

2. 大气环境下混凝土结构可靠度耐久性分析

混凝土和钢筋混凝土是当前使用最为广泛的建筑材料，在生活和工业中很多地方都用到了钢筋混凝土。一般认为这种材料是属于耐久性较强的建筑材料，但是在最近几年当中发现，因为结构耐久性不足而导致的各种病害时常发生，这些病害最终会使得工农业的生产遭受影响，因此，对混凝土结构的耐久性也有了新的思考。在大气环境中有一种腐蚀介质，这种介质对结构的腐蚀作用是导致结构耐久性失效的常见形式。经过调查发现，因没有重视混凝土结构的那就行而产生的经济代价是巨大的[3]。钢筋受到锈蚀的前提是混凝土出现碳化现象，碳化是混凝土中性化中的一种形式，这种现象会使得混凝土中的碱性下降，而且当碳化达到了钢筋的表面，而且表面的PH值低于10的时候，一旦接触水和氧，钢筋就会开始锈蚀。

钢筋发生锈蚀一般会经历三个阶段。其锈蚀的速度同化学组成有很大的关系，而且同结构处的环境以及混凝土保护层的厚度关系很大。在不同的大气环境中，钢筋的锈速度也是不同的。钢筋锈蚀的过程一般是很复杂的，而且受到的影响也很多，对其进行研究较少。此外，在混凝土顺筋开裂前后，其锈蚀的速度也不一样。混凝土纵向顺筋开裂通常被认为是因为锈蚀产物产生了膨胀压力导致的。通过实验分析发现，混凝土开裂时钢筋的锈蚀量为

当钢筋出现锈蚀后，构件的抗力就会一直下降，使用常规的方法进行可靠度分析计算也已经不适用。这时需要考虑永久荷载和可变荷载组合问题，将前者设为G，T内可变荷载的效应为QT，，结构功能函数为

3. 结论

经济的发展促进了工程建设的发展，我国工程项目的建设也越来越多，建筑工程的水平也已经赶上了国际水平[4]。在建筑中，各种混凝土的应用越来越广泛，其结构耐久性问题也得到重视。对于混凝土结构可靠度耐久性分析需要从多个方面进行考虑，通过有效的措施确保结构可靠的那就行得到保障，促进工程建设的发展。