混凝土结构耐久性设计及寿命预测
第11卷第1期中国水运V ol.11
N o.12011年1月Chi na W at er Trans port Janury 2011
收稿日期：5
作者简介：邢运峰（），男，中铁十九局集团第五工程有限公司助理工程师。
混凝土结构耐久性设计及寿命预测
邢运峰
（中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁大连116100）
摘
要：目前，我国现行规范在考虑结构耐久性时，仅考虑耐久性的构造要求部分，并没有考虑抗力随时间变化的
规律。规范规定的设计基准期也是为了给定与时间有关的基本变量如荷载效应所取的基准时间，而并不等同于结构使用寿命或耐久年限。所以，并不能从设计计算上保证结构在预定时间内的可靠性。混凝土结构的使用寿命受各种环境条件和材料本身性能的影响，要给出非常详尽的计算在目前还有很多困难。惠云玲根据试验研究分析结果，提出已有混凝土结构的使用寿命可以按以下方法进行预测。关键词：结构耐久性概念；耐久性设计；状态评估；寿命预测中图分类号：TU 528文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）01-0246-03一、结构耐久性定义
对于耐久性的定义直接关系到对耐久性研究范围及对象的界定，是需要首先明确的问题。由于耐久性的影响因素众
多，例如，由于酸、碱、盐侵蚀和碱骨料反应等化学作用、
磨损、冲蚀、机械作用、高温和火灾作用以及电化学反应引起的钢筋锈蚀都会影响混凝土结构的耐久性。加之人们对于结构耐久性的认识是多种多样的，因此很难给它一个公认准确的定义。一般认为，混凝土结构耐久性是指混凝土结构及其构件在可预见的工作环境及材料内部因素的作用下，在预期的使用年限内抵抗大气影响、化学侵蚀和其他劣化过程，而不需要花费大量资金维修，也能保持其安全性和适用性的功能。
上述概念首先明确了耐久性能的核心是结构的寿命问题，同时明确了耐久性能的优劣是建立在一定的成本考虑的基础上的。它实际上包含了三个基本要素：①环境：结构处于某一特定环境（包括自然环境、使用环境）中，并受其侵蚀作用；②功能：结构的耐久性是一个结构多种功能（安全性、适用性等）与使用时间相关联的多维函数；③经济：结构在正常使用过程（即设计要求的自然物理剩余寿命）中不需要花费巨额资金大修。
定义中的工作环境及材料内部因素的作用指的是物理或化学作用，根据结构工作环境情况、破损机理、形态以及国内各行业传统经验，可将混凝土结构的工作环境分成6大类：①大气环境；②土壤环境；③海洋环境；④受环境水影响的环境；⑤化学物质侵蚀环境；⑥特殊工作环境。同时，结构耐久性是结构的综合性能，既涉及结构的承载能力、又涉及结构的正常使用以及维修等，反映了结构性能随时间的变化。而耐久性的经济性则体现在以较小的维修成本达到维持混凝土结构基本功能的要求，若业主要求延长结构使用寿命时则需适当的维修成本就可达到其目的。
混凝土结构的耐久性失效应考虑以下几个方面：①结构外观或表面破损已不能满足正常使用或美学要求；②钢筋锈蚀或结构破损已导致结构承载力下降到不能允许的程度；③
对结构进一步维修在技术上或经济上已经不可行。
二、混凝土结构耐久性研究现状
结构耐久性研究大致可以分为两个层次：①从材料机理上研究结构的老化损伤过程及主要因素；②从结构全局出发，以材料的耐久性研究为基础，研究耐久性设计、评估、维修决策与优化等一系列的应用问题。
材料的耐久性研究主要集中在大气环境中混凝土的碳化和钢筋的锈蚀问题。在混凝土碳化深度计算模型、冻融循环作用下混凝土宏观损伤模型均取得一些研究成果。在钢筋锈蚀方面，研究主要集中在锈蚀钢筋的力学性能、钢筋锈蚀量的预测以及裂缝对钢筋锈蚀的影响等方面。
结构工程学科的研究主要是解决结构设计中的耐久性计算问题，主要分为抗力与荷载变化的研究。研究的目的主要在于解决新建结构的耐久性设计、计算和已建结构的耐久性评估问题。
总的来看，目前耐久性研究存在以下问题：
（1）只能取得某一因素影响下单一材料的破坏过程，但实际结构在运营过程中是多种因素共同作用的，多个因素的耦合作用不等同于单因素作用的简单叠加；仅通过研究单一因素影响下某一材料的破坏过程来解决混凝土结构的耐久性问题是困难的。此外，实验室研究只模拟了外界侵蚀对耐久性的影响，而没有考虑结构在实际工作中受力和运营状态的影响。因此，对快速试验的结果能否反映结构实际的退化过程还有疑问。
（2）这些研究大多是从材料和统计分析的角度进行的，但对如何从结构和设计的角度去改善桥梁耐久性却很少有人研究。
（3）现有的混凝土耐久性研究成果与结构的设计和施工控制以及结构剩余寿命评估等明显脱节，即材料层面的研究成果未能与结构层面的研究相结合，对实践中迫切需要解决的结构耐久性问题缺乏有效地指导。
（4）大量的研究主要针对房屋建筑结构而专门对桥梁结构的耐久性进行研究的较少，而桥梁结构从运营环境、承受
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