前言：本站為你精心整理了房屋建筑混凝土結(jié)構(gòu)耐久性能試驗淺析范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

［摘要］為了對建筑結(jié)構(gòu)耐久性進行更準(zhǔn)確的檢測和評估，分析了多種因素對建筑結(jié)構(gòu)耐久性的影響，提出了鋼筋混凝土構(gòu)件的耐久性評定模型，對結(jié)構(gòu)耐久性進行了定量分析。在耐久性評定模型的基礎(chǔ)上，考慮了耐久性隨時間變化的關(guān)系，得到了建筑結(jié)構(gòu)剩余壽命的預(yù)測函數(shù)。結(jié)果表明，該預(yù)測函數(shù)與試驗結(jié)果的吻合程度較好。

［關(guān)鍵詞］鋼筋混凝土；耐久性；預(yù)測模型；試驗分析

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中最常用的結(jié)構(gòu)形式。早期建設(shè)的一些建筑結(jié)構(gòu)，因為使用年限較長、施工工藝不成熟等問題，已經(jīng)開始出現(xiàn)結(jié)構(gòu)耐久性問題。對建筑結(jié)構(gòu)的耐久性進行評估，對其剩余壽命進行預(yù)測已成為一項重要研究課題。建筑結(jié)構(gòu)耐久性是指混凝土在正常使用條件下，抵抗外部環(huán)境影響和自身內(nèi)部破壞的能力。鋼筋混凝土的承載能力、延性、抗腐蝕能力和材料本身力學(xué)性能均會不斷變換，會隨著使用年限的增加逐漸惡化。這一過程是隨時間發(fā)展，不可逆轉(zhuǎn)的。因此，無法對耐久性進行修復(fù)和提升，只能做到對其進行預(yù)測，提前預(yù)防結(jié)構(gòu)因耐久性而引發(fā)的問題?，F(xiàn)有規(guī)范規(guī)定，在正常施工、使用過程中，結(jié)構(gòu)性能隨時間變化，但必須要滿足正常試用階段的預(yù)期設(shè)計功能。20世紀(jì)80年代，美國洲際公路的橋梁中，開始出現(xiàn)了嚴(yán)重的耐久性問題，據(jù)統(tǒng)計，有超過25萬座橋梁出現(xiàn)了不同程度的耐久性問題，用于修復(fù)的費用超過1500億美元。在英國，這一問題同樣嚴(yán)重，大量的建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)耐久性問題，每年用于建筑結(jié)構(gòu)修復(fù)的費用超過200億英鎊。日本每年用于建筑結(jié)構(gòu)修復(fù)的費用也非常高，從21世紀(jì)初開始，每年的費用就已超過400億日元。從上述問題可以看出，建筑結(jié)構(gòu)耐久性已經(jīng)成了一個不可避免的問題。目前，我國有許多學(xué)者對此進行過研究分析，國家也出臺了很多相關(guān)規(guī)范章程。但在房屋建筑鋼筋混凝土耐久性評定模型方面研究尚有欠缺，對建筑結(jié)構(gòu)剩余壽命的預(yù)測也不夠準(zhǔn)確。因此，結(jié)合前人研究基礎(chǔ)，對影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素進行了分析，提出了耐久性評定模型和剩余壽命預(yù)測函數(shù)，與試驗結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)評定結(jié)果較為準(zhǔn)確。

1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究層次

有關(guān)混凝土耐久性的研究主要分3個層次。（1）材料研究主要包括：混凝土碳化、鋼筋銹蝕、氯離子侵蝕、堿–骨料反應(yīng)和凍融循環(huán)。（2）構(gòu)件主要研究內(nèi)容包括鋼筋銹蝕對粘結(jié)性能的影響、鋼筋銹蝕導(dǎo)致的混凝土銹脹問題及銹后構(gòu)件承載力變化和壽命預(yù)測。（3）結(jié)構(gòu)主要是針對未建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計和已有鋼筋混凝土構(gòu)件的耐久性評定?，F(xiàn)階段，對前兩者的研究已較成熟，基本掌握了其變化規(guī)律和影響程度。但是對于第3層次，由于受到試驗條件和工程實際的限制，很難進行相關(guān)研究，對這方面的研究較少。對于現(xiàn)有的一些模型很難進行分析及評估，無法確定其準(zhǔn)確性。

2基于AHP法的耐久性評定模型和試驗分析

2.1層次分析法

層次分析法(AnalyticHierarchyProcess)，最早由美國數(shù)學(xué)家ThomasL.Saaty提出，其優(yōu)勢在于可以將定量分析與定性分析相結(jié)合，對目標(biāo)進行全面的分析。具體方法是對多種變量進行綜合考慮，劃分為不同的層次，結(jié)合主觀想法和客觀結(jié)果，比較同一層次中各種變量的重要性，然后綜合分析結(jié)果，對不同變量進行排序。這一方法適用于復(fù)雜問題的分析，使分析過程可以完全量化，具有較高的實用性。根據(jù)上述內(nèi)容，層析分析法適用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的分析，可以解決影響因素多、分析過程復(fù)雜的問題。層析分析法的分析步驟主要包括4部分。（1）建立層次關(guān)系，即按照目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、自準(zhǔn)則層和方案層進行分層，構(gòu)造出模型的層次關(guān)系，從目標(biāo)到具體方案，每一層可以有多個內(nèi)容。（2）構(gòu)造判斷矩陣，層次關(guān)系建立后，確定不同層次的權(quán)重，即按照矩陣的方式對權(quán)重進行賦值，以區(qū)分不同元素的重要程度。（3）確定權(quán)重向量和一致性指標(biāo)，以對判斷矩陣的一致性進行判斷，若判斷矩陣不一致，需要計算其一致性指標(biāo)。（4）層次的總排序，以用于多個方案的比較和優(yōu)化。

2.2鋼筋混凝土構(gòu)件耐久性評定模型

2.2.1類別劃分矩陣的確定。影響鋼筋混凝土構(gòu)件耐久性的因素有多個，包括施工情況、構(gòu)件位置、構(gòu)件功能、外部環(huán)境條件、鋼筋銹蝕情況、混凝土碳化深度、強度等級、混凝土表面裂縫情況等多種影響因素。首先，確定影響因素的數(shù)量，假設(shè)m個影響因素。然后，需要對鋼筋混凝土耐久性狀況進行分級，假設(shè)共有n個等級，即C1、C2、……Cn。則第k個等級中的第j個影響因素可表示為ajk(j=1,2,……m；k=1,2,……n)，因此，可以得到分類矩陣的形式：2.2.2數(shù)據(jù)矩陣的確定假定需要評估的建筑中共有s個構(gòu)件，通過對建筑進行實測發(fā)現(xiàn)，第i個構(gòu)件的第j個影響因素的測量值為xij(i=1,2,……s；j=1,2,……m)，根據(jù)上述分析結(jié)果，可以得到數(shù)據(jù)矩陣的結(jié)構(gòu)形式：2.2.3指標(biāo)評判矩陣的確定。假定第i個構(gòu)件中，某個影響因素的標(biāo)號為j，其屬性等級為Cn，測量后得到的屬性測度為mijn(i=1,2,……s；j=1,2,……m；n=1,2,……N)，其中，mijn的值可通過式(3)和式(4)計算，由此可以得到mijn的矩陣表達形式如下：其中，μijk=0，k<l或k>l+1然后，根據(jù)式（5）可以確定第i個構(gòu)件中，第n級別屬性的測度，μin。μin的值確定后，則可以得到指標(biāo)評判矩陣，其表達形式為：其中，l≤i≤s，l≤n≤N其中，l≤i≤s，l≤n≤N，l≤j≤m式(5)中：wij為第i個需要評估的構(gòu)件中，第j個分層等級的加權(quán)系數(shù)。這一系數(shù)反映不同分層中的不同影響因素對耐久性的貢獻大小，其計算公式為：式中：xij為第i個構(gòu)件的第j個分層的試驗測量值；xj*為第j個分層的標(biāo)準(zhǔn)值。2.2.4建筑結(jié)構(gòu)的綜合評定。根據(jù)評判矩陣的計算結(jié)果，分析不同分層中不同影響因素的重要程度，對耐久性進行評判與比較（表1）。按照置信區(qū)間的取值原則，置信度設(shè)置為0.8，則可計算不同構(gòu)件的評定等級。配合評定等級和評分關(guān)系表，則可得到評定分?jǐn)?shù)，對評定結(jié)果實現(xiàn)量化處理。

2.3試驗分析

試驗工程以北方地區(qū)一建筑為試驗對象，該建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)，層數(shù)3層，已使用15年，無維修加固歷史。考慮到梁處于室內(nèi)環(huán)境，條件相對較好，因此本次試驗只對柱進行測量。本次試驗考慮的影響因素主要包括6種：外部環(huán)境、混凝土強度、鋼筋銹蝕程度、混凝土碳化程度、構(gòu)件裂縫狀況和構(gòu)件承載力，其中，鋼筋銹蝕程度以鋼筋銹蝕體積率和鋼筋銹蝕速率為評價指標(biāo)，構(gòu)件裂縫狀況以裂縫寬度為評價指標(biāo)。將上述6種影響因素作為評價標(biāo)準(zhǔn)，把構(gòu)件分為5個等級，即前文所述的5個耐久性等級，一級代表耐久性很好，五級代表耐久性很差。試驗測得的具體數(shù)據(jù)見表2。根據(jù)層次分析法的步驟，結(jié)合耐久性評定模型，可對該建筑的耐久性進行定量和定性分析。耐久性分析結(jié)果見表3。由于本結(jié)構(gòu)使用年限較長，外部環(huán)境條件較差，本建筑的分析結(jié)果耐久性較差，只有Z3構(gòu)件達到二級標(biāo)準(zhǔn)，其他構(gòu)件均為三級和四級。

3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)剩余壽命預(yù)測

對建筑結(jié)構(gòu)的剩余壽命預(yù)測主要包括3種類型：正常使用壽命預(yù)測、承載力壽命預(yù)測和耐久性壽命預(yù)測。對于耐久性壽命預(yù)測的參考準(zhǔn)則主要包括3類：混凝土碳化準(zhǔn)則、鋼筋銹脹準(zhǔn)則和裂縫寬度準(zhǔn)則。這3類準(zhǔn)則分別考慮混凝土、鋼筋和構(gòu)件整體性能對耐久性的影響。但試驗結(jié)果表明，上述準(zhǔn)則并不能準(zhǔn)確地反映構(gòu)件的耐久性，根據(jù)準(zhǔn)則進行評判，得到的結(jié)果通常不準(zhǔn)確，因此，需要提出一種新的壽命預(yù)測方式來進行預(yù)測?；谀途眯栽u定的壽命預(yù)測方法，可結(jié)合耐久性評定模型，對剩余壽命進行準(zhǔn)確的預(yù)測，在耐久性評定模型中考慮到多種影響因素的影響，因此可以綜合全面地分析不同變量對剩余壽命的影響。（1）需要考慮耐久性的衰減，既要考慮衰減程度，又要考慮衰減速度。衰減指標(biāo)的具體計算公式：（2）需要計算結(jié)構(gòu)的剩余壽命，假設(shè)結(jié)構(gòu)服役年限為N0年，共進行過M次加固，第i次加固發(fā)生在第N1年，由于加固引起的承載力的增加值與初始承載力的比值為μi，則耐久性衰減指標(biāo)可表示為：α和β是衰減系數(shù)，與混凝土強度、鋼筋銹蝕程度、混凝土碳化深度等多種因素有關(guān)。以耐久性衰減達到20%為評判標(biāo)準(zhǔn)，以Nr表示結(jié)構(gòu)的剩余壽命，則可得到下述等式：現(xiàn)已知該結(jié)構(gòu)使用時間15年，無加固歷史。試驗測得數(shù)據(jù)見表2，利用式（12）計算可得該結(jié)構(gòu)剩余壽命為25.3年，該結(jié)果符合一般建筑物的使用年限，計算結(jié)果較為準(zhǔn)確。由此可得，耐久性評估定型及剩余壽命預(yù)測函數(shù)結(jié)果均較準(zhǔn)確，可以應(yīng)用于實際工程中。

4結(jié)束語

所提出的基于AHP法的耐久性評定模型，綜合考慮到多種因素對耐久性的影響，對耐久性的退化進行了定量和定性的分析。與試驗結(jié)果相比，該模型的準(zhǔn)確性較高。在耐久性評定模型的基礎(chǔ)上，提出了一種新的方法用于建筑結(jié)構(gòu)剩余壽命的計算，計算結(jié)果表明，該方法的預(yù)測準(zhǔn)確率滿足一般鋼筋混凝土民用建筑的要求，計算形式簡單，實用性強，可以應(yīng)用于實際工程中建筑結(jié)構(gòu)的剩余壽命預(yù)測。

參考文獻

[1]羅福午.建筑結(jié)構(gòu)缺陷事故分析及防止[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996.

[2]楊飛，陳焰發(fā).建筑結(jié)構(gòu)的可靠性研究分析[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，2017（2）：12–14.

[3]張璐，施養(yǎng)杭.在役混凝土構(gòu)件耐久性的評判準(zhǔn)則[J].華僑大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，30（3）：315–320.

[4]李強.荷載和環(huán)境作用下銹蝕鋼筋混凝土柱的力學(xué)性能[D].杭州：浙江大學(xué)，2015.

[5]張永利.銹蝕鋼筋混凝土構(gòu)件粘結(jié)性能及承載性能研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2011.

[6]武利強，章曉樺，蔣林華，等.氯鹽環(huán)境下混凝土耐久性研究進展[J].材料導(dǎo)報，2015，29（17）：106–111.

[7]衛(wèi)軍，張曉玲，趙霄龍.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向[J].低溫建筑技術(shù)，2003（2）：1–4.

作者:白旭軍 單位:山西鏵興工程檢測有限公司