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【摘 要】钢筋混凝土结构作为一种被广泛应用的结构型式，其使用寿命倍受关注。本文在现有使用寿命预测研究成果的基础上，从结构正常使用和承载能力两方面对钢筋混凝土结构使用寿命预测方法进行了深层次的研究，为现有混凝土结构的养护及维修加固奠定了理论基础。
【关键词】钢筋混凝土使用寿命预测碳化寿命锈胀开裂寿命承载能力寿命
1前言
钢筋混凝土结构是一种使用范围最广的建筑结构型式，但是作为一种产品，钢筋混凝土结构是有使用寿命的。从使用寿命终结的角度，可以分为：功能性、技术性和经济性使用寿命。其中，技术性使用寿命是指结构使用到某种程度，进入不符合状态的期限。本文在现有混凝土结构使用寿命预测研究成果的基础上，针对结构的技术性使用寿命，从结构正常使用和承载能力两方面对钢筋混凝土结构使用寿命预测方法进行了深层次的研究。
2混凝土结构正常使用寿命预测
2.1混凝土碳化寿命预测
基于碳化寿命准则的一种预测方法，是以碳化深度达到钢筋表面，使钢筋锈蚀的时间作为混凝土的寿命。在工程实际中，以钢筋表面出现锈迹作为混凝土碳化寿命的终点。混凝土碳化寿命准则公式如下：
式中：c-混凝土保护层厚度，随机变量；
x0-碳化残量，是混凝土强度、保护层厚度以及环境相对湿度的函数，随机变量；
X（t）-混凝土碳化深度，随机过程；
-混凝土碳化寿命准则，随机过程。
1、混凝土保护层厚度随机概率模型
大量的试验检测数据表明，混凝土保护层厚度c服从正态分布，概率密度函数为：
（1.2）
式中：—混凝土保护层厚度的平均值和标准差。
2、碳化残量统计参数
计算公式如下：
、-碳化残量计算模式不定系数Km0的平均值和标准差。
3、混凝土碳化深度概率分布及统计参数
混凝土碳化深度是一个随机过程，具有随机性，其一维概率密度函数如下：
=（1.6）
式中：t-碳化时间；
-混凝土碳化深度的平均值函数与标准差函数，可以表示为：
4、混凝土碳化寿命分析
根据混凝土的碳化寿命准则，由公式（1.1）可知钢筋失效极限方程为：
Z（t）=c-x0-X（t）=0（1.11）
钢筋发生锈蚀的失效概率为：
相应的可靠指标为：
由上式计算可靠指标，得到相应的可靠指标衰减曲线。根据构件钢筋锈蚀的可靠指标值得到相应的年限，即为混凝土的碳化寿命。相应构件的钢筋锈蚀概率见表1.1。
2.2混凝土结构锈胀开裂寿命预测
混凝土结构锈胀开裂寿命准则可表示为：
（1.12）
式中：-混凝土结构的锈胀开裂寿命标准，随机过程；
-锈胀开裂时的钢筋锈蚀深度（mm），随机变量；
-锈胀开裂前的钢筋锈蚀量，随机过程。
1、开裂前钢筋锈蚀量的概率分布及统计参数
根据已有试验数据得到混凝土开裂前钢筋锈蚀程度的预测模型：
c—保护层厚度；
T—环境温度；
ti—钢筋开始锈蚀的时间（a）；
t—结构使用年限（a）。
服从对数正态分布的随机过程，其一维概率密度函数为：
式中：ti-钢筋开始锈蚀时间；
-计算模式不定系数是平均值和标准差；
-开裂前钢筋锈蚀速度的平均值和标准差；
2、开裂时钢筋锈蚀量的概率分布及统计参数
锈胀开裂时钢筋锈蚀深度由下式计算：
3、混凝土开裂寿命分析
4、混凝土的锈胀开裂寿命预测
3钢筋混凝土结构承载力剩余寿命预测
3.1承载能力随机寿命准则
承载能力寿命理论是考虑钢筋锈蚀引起的抗力退化，以构件的承载能力降低到某一界限时作为耐久性极限状态，即将由于承载能力降低不能承受荷载作用的时间点作为结构寿命的终点。
3.2混凝土结构承载能力寿命预测
1、锈蚀受弯构件抗力的统计参数
2、荷载效应的随机概率模型及统计参数
桥梁结构中荷载按时间的变异主要分为永久荷载和可变荷载。文献[6]给出了不同荷载类型的概率模型及统计参数。本文主要讨论恒载和汽车荷载，具体如下：
①荷载
②汽车荷载
③混凝土结构承载能力寿命
结语：
对现有钢筋混凝土结构使用寿命的预测方法正处于研究阶段。明确混凝土结构使用状态、劣化程度、荷载发展趋势、使用终止的定义等信息是预测现有结构使用寿命的前提条件。根据结构剩余寿命的预测结果，一方面可以针对现有结构制定出合理有效的养护及维修加固措施；另一方面，可以為今后的结构设计工作提供更加可靠的理论依据。
参考文献：
[1]叶见曙.结构设计原理〔M].北京：人民交通出版社，1998：179-181，189
[2]牛荻涛著.混凝土结构耐久性与寿命预测.科学出版社，2003.
[3]徐善华.钢筋混凝土结构的碳化耐久性分析.建筑技术开发，2002.
[4]屈文俊，张誉.混凝土构件截面角区的碳化深度计算.钢筋锈蚀与混凝土冻融破坏的预测模型，1997年度研究报告，1997.
[5]牛荻涛，董振平等.钢筋混凝土结构碳化寿命的模糊预测.第九届土木工程学会第九届年会，1999.
[6]李扬海，鲍卫刚，郭修武等.公路桥梁结构可靠度与概率极限状态设计[M].北京人民交通出版社，1997：173-179，196-211，91-102.
【关键词】钢筋混凝土使用寿命预测碳化寿命锈胀开裂寿命承载能力寿命
1前言
钢筋混凝土结构是一种使用范围最广的建筑结构型式，但是作为一种产品，钢筋混凝土结构是有使用寿命的。从使用寿命终结的角度，可以分为：功能性、技术性和经济性使用寿命。其中，技术性使用寿命是指结构使用到某种程度，进入不符合状态的期限。本文在现有混凝土结构使用寿命预测研究成果的基础上，针对结构的技术性使用寿命，从结构正常使用和承载能力两方面对钢筋混凝土结构使用寿命预测方法进行了深层次的研究。
2混凝土结构正常使用寿命预测
2.1混凝土碳化寿命预测
基于碳化寿命准则的一种预测方法，是以碳化深度达到钢筋表面，使钢筋锈蚀的时间作为混凝土的寿命。在工程实际中，以钢筋表面出现锈迹作为混凝土碳化寿命的终点。混凝土碳化寿命准则公式如下：
式中：c-混凝土保护层厚度，随机变量；
x0-碳化残量，是混凝土强度、保护层厚度以及环境相对湿度的函数，随机变量；
X（t）-混凝土碳化深度，随机过程；
-混凝土碳化寿命准则，随机过程。
1、混凝土保护层厚度随机概率模型
大量的试验检测数据表明，混凝土保护层厚度c服从正态分布，概率密度函数为：
（1.2）
式中：—混凝土保护层厚度的平均值和标准差。
2、碳化残量统计参数
计算公式如下：
、-碳化残量计算模式不定系数Km0的平均值和标准差。
3、混凝土碳化深度概率分布及统计参数
混凝土碳化深度是一个随机过程，具有随机性，其一维概率密度函数如下：
=（1.6）
式中：t-碳化时间；
-混凝土碳化深度的平均值函数与标准差函数，可以表示为：
4、混凝土碳化寿命分析
根据混凝土的碳化寿命准则，由公式（1.1）可知钢筋失效极限方程为：
Z（t）=c-x0-X（t）=0（1.11）
钢筋发生锈蚀的失效概率为：
相应的可靠指标为：
由上式计算可靠指标，得到相应的可靠指标衰减曲线。根据构件钢筋锈蚀的可靠指标值得到相应的年限，即为混凝土的碳化寿命。相应构件的钢筋锈蚀概率见表1.1。
2.2混凝土结构锈胀开裂寿命预测
混凝土结构锈胀开裂寿命准则可表示为：
（1.12）
式中：-混凝土结构的锈胀开裂寿命标准，随机过程；
-锈胀开裂时的钢筋锈蚀深度（mm），随机变量；
-锈胀开裂前的钢筋锈蚀量，随机过程。
1、开裂前钢筋锈蚀量的概率分布及统计参数
根据已有试验数据得到混凝土开裂前钢筋锈蚀程度的预测模型：
c—保护层厚度；
T—环境温度；
ti—钢筋开始锈蚀的时间（a）；
t—结构使用年限（a）。
服从对数正态分布的随机过程，其一维概率密度函数为：
式中：ti-钢筋开始锈蚀时间；
-计算模式不定系数是平均值和标准差；
-开裂前钢筋锈蚀速度的平均值和标准差；
2、开裂时钢筋锈蚀量的概率分布及统计参数
锈胀开裂时钢筋锈蚀深度由下式计算：
3、混凝土开裂寿命分析
4、混凝土的锈胀开裂寿命预测
3钢筋混凝土结构承载力剩余寿命预测
3.1承载能力随机寿命准则
承载能力寿命理论是考虑钢筋锈蚀引起的抗力退化，以构件的承载能力降低到某一界限时作为耐久性极限状态，即将由于承载能力降低不能承受荷载作用的时间点作为结构寿命的终点。
3.2混凝土结构承载能力寿命预测
1、锈蚀受弯构件抗力的统计参数
2、荷载效应的随机概率模型及统计参数
桥梁结构中荷载按时间的变异主要分为永久荷载和可变荷载。文献[6]给出了不同荷载类型的概率模型及统计参数。本文主要讨论恒载和汽车荷载，具体如下：
①荷载
②汽车荷载
③混凝土结构承载能力寿命
结语：
对现有钢筋混凝土结构使用寿命的预测方法正处于研究阶段。明确混凝土结构使用状态、劣化程度、荷载发展趋势、使用终止的定义等信息是预测现有结构使用寿命的前提条件。根据结构剩余寿命的预测结果，一方面可以针对现有结构制定出合理有效的养护及维修加固措施；另一方面，可以為今后的结构设计工作提供更加可靠的理论依据。
参考文献：
[1]叶见曙.结构设计原理〔M].北京：人民交通出版社，1998：179-181，189
[2]牛荻涛著.混凝土结构耐久性与寿命预测.科学出版社，2003.
[3]徐善华.钢筋混凝土结构的碳化耐久性分析.建筑技术开发，2002.
[4]屈文俊，张誉.混凝土构件截面角区的碳化深度计算.钢筋锈蚀与混凝土冻融破坏的预测模型，1997年度研究报告，1997.
[5]牛荻涛，董振平等.钢筋混凝土结构碳化寿命的模糊预测.第九届土木工程学会第九届年会，1999.
[6]李扬海，鲍卫刚，郭修武等.公路桥梁结构可靠度与概率极限状态设计[M].北京人民交通出版社，1997：173-179，196-211，91-102.