从工程全寿命周期成本角度来看,运营阶段由于结构耐久性问题产生的维修加固建设费用的比重不容小觑。因此,为优化整体成本设计,准确预测结构退化过程中出现的各阶段劣化关键时间点,对结构运营阶段耐久性性能退化机理与演变过程进行研究具有十分重要的意义。本文在国家自然科学基金项目“基于钢筋锈蚀耐久性的混凝土结构全寿命性能及设计理论研究(51378241)”的资助下,从构件的层面,对钢筋混凝土构件全寿命劣化周期内各阶段的耐久性性能退化机理与演变规律展开了研究。主要工作如下:1、氯盐侵蚀作用下钢筋初锈概率模型研究。在现有氯离子扩散理论模型基础上,考虑环境、材料等因素的不确定性,将模型中主要影响参数视为随机变量,结合功能函数提出钢筋初锈的概率模型。基于Monte Carlo方法,借助Matlab软件对受力钢筋周围的氯离子浓度进行抽样模拟。结果表明,氯盐侵蚀到一定阶段后,构件内钢筋周围氯离子累积浓度分布基本服从对数正态分布。最后利用该概率模型预测了连云港港区部分结构混凝土内受力钢筋发生初锈的概率。该模型可作为混凝土内部氯离子浓度无损检测的预测方法,同时为评估混凝土构件内钢筋是否发生锈蚀提供了一种概率方法。2、氯盐侵蚀作用下带裂缝混凝土构件内非均匀锈蚀钢筋力学性能退化研究。对预制开裂钢筋混凝土梁构件开展了为期约4年的长期自然环境氯盐干湿循环侵蚀试验。通过测量钢筋剩余直径以及静力拉伸试验,研究在氯盐自然侵蚀环境下带裂缝工作混凝土构件内钢筋锈蚀形态及其力学性能退化规律。研究发现:裂缝处钢筋以局部锈蚀为主,裂缝间则趋于均匀锈蚀;提出利用锈蚀不均匀系数S来描述钢筋锈蚀沿纵向的不均匀特性,当最大直径损失率ρmax在13%以内时(此时质量损失率在3%~6%之间),S与ρmax呈现良好的线性关系;在对比分析现有锈蚀钢筋力学性能退化模型的基础上,对锈蚀质量损失率在6%以内的锈蚀钢筋力学性能退化模型利用锈蚀不均匀修正系数进行了修正;通过对比分析非均匀锈蚀与均匀锈蚀钢筋本构关系曲线,发现导致钢筋屈服平台消失、钢筋脆性破坏风险增加的一个重要原因是锈蚀的不均匀性。最后利用概率的方法对锈蚀钢筋的抗拉强度进行了可靠性分析。3、氯盐侵蚀作用下锈蚀钢筋混凝土构件受弯承载力试验研究。分别对不同保护层厚度、配合比、裂缝宽度的6根钢筋混凝土梁构件进行为期约4年的自然环境下氯盐干湿循环侵蚀试验。试验过程中对钢筋锈蚀状态进行了定期检测。最后对该批试验梁开展了受弯承载力试验。将本次试验结果与课题组已有承载力研究(同等环境侵蚀周期约2年)的试验结果进行了对比分析。试验结果表明,对于未开裂构件,钢筋在经历一段平稳锈蚀期后,腐蚀电位出现回升,对于开裂混凝土构件,持续平稳锈蚀期相对较长;对比分析两组不同侵蚀周期构件的裂缝开展情况、构件跨中应变变化情况以及构件破坏形态等性能指标,发现试验梁构件随侵蚀时间的推移受弯破坏时竖向裂缝逐渐减少、斜裂缝减少或消失,少筋脆性破坏典型特征逐渐明显。最后,基于试验结果提出考虑裂缝影响的构件承载力退化模型,并利用概率的方法对混凝土构件抗弯承载力进行了可靠性分析。