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1、 南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)外文资料翻译学院（系）：学院（系）： 土木工程学院 专专 业：业： 土木工程 姓姓 名：名： X X 学学 号：号： 外文出处：外文出处：Journal of Wuhan University of Technology - Mater. Sci. Ed.附附 件：件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文 指导教师评语：签名： 年 月 日附件附件 1：外文：外文资资料翻料翻译译译译文文随时间变化的钢筋混凝土阻力分析管昌生1) 吴玲2）武汉理工大学1) 武汉科技大学2)(收稿日期：2001.8.20)摘要摘要 本文介绍了对钢筋混凝土材料时间相关性的分析方
2、法，讨论钢筋混凝土的作用机理，然后再研究随时间而变化的钢筋混凝土抵抗力。此外，还分析了钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀。确定随时间而变化的抵抗力的实用统计方法，包括材料，结构尺寸，计算方法的影响。另外，给出一个预测钢筋混凝土结构构件的随时间而变化的抵抗力的范例。关键字关键字 随机分析 随时间变化的抵抗力 钢筋混凝土1 1 简介简介 因为钢筋混凝土材料适用性和价格低廉，所以它在土木工程中是一种广泛使用的材料。因此，这种材料大量的被使用。然而，传统的建筑结构设计和钢筋混凝土材料的研究很少注意到钢筋混凝土强度和时间的关系，尤其是作用在材料上的不同影响的随机性能几乎是不被研究的。直到近年来，在工程结构中的一
3、些研究才涉及这个问题关于钢筋混凝土强度与时间的相关性。Li and Melchers3 已做过的关于钢筋混凝土柱在随机荷载下失效概率的研究，也给出计算混凝土柱时变失效概率的技术。Li and Liu4研究钢筋锈蚀影响下的混凝土耐久性。Leng5探讨关于混凝土的应力腐蚀的研究中的现况及相关的问题。并且 Lu6论述了关于钢筋腐蚀状态。一般而言，取决于不同因素7，钢筋混凝土抵抗力明显减小。在对混凝土结构安全性验证上,提出钢筋混凝土耐久性分析基本理论。研究随时间而变的钢筋混凝土结构的性质的是必要的。2 2 时间变化影响钢筋混凝土力学性质的因素时间变化影响钢筋混凝土力学性质的因素许多因素对钢筋混凝土抵抗
4、力都产生影响。仅在于潮湿环境中和水中作业中，存在着超过 50 种化学腐蚀元素。获得钢筋混凝土随时间变化的模型的实用方法是一种多因素理解方法。通常，对于单一的因素，许多结果表明只考虑到混凝土的碳化作用，碳化的厚度可以用下面公式来表示：可以写为： (1)tKtD)(式中，和 分别为厚度，速度系数与碳化的时间。)(tDKt到目前为止，虽然有许多模型被运用到钢筋的疲劳破坏中，但是还没有大家都普遍认可的结论。一般而言，能够降低钢筋混凝土的抵抗力的变量有钢筋，混凝土，几何尺寸，周边环境情况以及随时间而变的抵抗力等1,5。显而易见，钢筋混凝土抵抗力的变化是的一个随机函数过程或者说是一系列材料和结构变量的相互
5、作用。钢筋混凝土在空气中的碳化被称之为中和反应。它是合成物与在空中的CO2 以及钢筋混凝土中的碱性材料缓慢中和的过程。在空气中密实混凝土的钢筋保护层完全地碳化需要花费几十年的时间，但是非密实混凝土的钢筋保护层碳化只要几年。如果碳化材料的纯度比较高，则钢筋混凝土强度就会下降并且在碳化过程中结构的横截面也会加快收缩。碳化作用会造成碱度的下降和钢筋的锈蚀2。钢筋锈蚀是钢筋表面中的铁离子不断地失去，然后和溶于水中氧气与水发生反应。所以，侵蚀材料的体积需花费许多时间和能量，这样会使钢筋混凝土保护层产生裂缝，并且沿着钢筋方向降低钢筋与混凝土之间的粘结力，从而造成钢筋混凝土结构承载能力的损失。近来的研究表明
6、钢筋最严重的腐蚀处是在非碳化保护层15mm 处。另一方面,由于保护层不完整和混凝土的裂缝，可能会使腐蚀的开始时间提前，并且腐蚀速度也可能大大加快。当钢筋应力小于其屈服点时，其破坏速度是固定的。但是当钢筋应力超过屈服点时，破坏的速度将提高几倍。后者被称为应力破坏，它将产生脆性破坏，并具有很大的危险性。钢筋的锈蚀会减小钢筋的承压面积，破坏粘结力以及降低结构的有效性。腐蚀的空气以及液体都会对钢筋混凝土产生巨大的影响。它们会造成钢筋混凝土的腐蚀，混凝土保护层厚度的减少，最终加快钢筋的锈蚀。当结构承受活荷载时，钢筋混凝土结构产生疲劳破坏,造成强度极限和刚度的递减，而且使其产生裂缝并且扩大。通常疲劳破坏可
7、以被分为固定破坏和随机破坏，前者的荷载周期是确定的，而后者是相对于任意的材料和荷载而言。除以上所述外，还有其他许多因素,例如温度（包括温度的高低，温度变化周期，冻害）, 湿度（包括干湿周期） ，以及荷载的调幅,可以使钢筋混凝土结构的抵抗力降低。3 3 任意时间相关性分析任意时间相关性分析在该情况下结构的随机变量是彼此相互独立的,并且考虑随时间变化为特征的材料。以随机时间相关性函数为特征的钢筋混凝土可以用下面公式来表示：（2）fMKtKktK)()(01 0式中：是指出了结构材料与试验材料性能的差异一个随机变量；是建)(0tK0k筑结构材料和试验材料性能的差异系数；是试验材料的随机变量。fK根据
8、统计理论，平均值和标准差系数分别为 )(tKM（3） fMKkKtkt)()( 01 0（4） 22)()( 0fMKMKKtKt式中表示平均值，)( 0tk 0kt表示随机过程的标准差系数)( 0tKMK，和分别是试验材料性能的平均值和标准差系数以及随机变)(0tK fK fK量。fK同样地，能建立起类似的随机分析模型，用来研究任意随时间变化的钢筋混凝土结构的几何参数和计算方法。钢筋混凝土的抵抗力可以用抵抗力函数表示。其中表示材料，),.,(21nxxxRix几何尺寸和结构材料计算过程等参数。如果随机性和时间相关性被同时应用于抵抗力和相关变量，可以看做一个随机过程。另外，考虑到疲劳工作，计算
9、模型ix和最初参数以及与时间相关的抵抗力模型可以用下式表示：（5）).,(),(2100nPxxxRKRtRR式中 ：是随机抵抗力过程，是最初抵抗力,是疲劳破坏的随机过),(0tRR0R程，是计算模型的不可测定参数，表示随机过程的材料参数。许多关于钢筋PKix锈蚀的实验表明钢筋的侵蚀过程与标准随机过程相一致。通过分离程序，随机时间相关的抵抗力可以简单地表示为:),(0tRR（6） 00)(),(RtRtRR式中：是由时间决定的函数，而是任意初阻力。)(tR0R另外，应该考虑其它的不能确定的情况，例如未确定实用材料的抵抗力大小，几何尺寸和计算模型。对于简单结构，任意过程的抵抗力函数，可以简单写成
10、：（7） )()()()(tRyKtgtRpP式中：是时间相关性的函数，是计算模型的不可测定参数，以及)(tg)(tKP是由计算模型决定的结构抵抗力。)(tRP对于单一结构构件用方程(7)表示，可以写作：（8）)()()()()(tRtKtKtKtRKAMP式中：，和以及分别表示为随时间变化的计算参数，钢筋)(tKP)(tKM)(tKA混凝土结构构件几何形状和材料的特征。是材料抵抗力标准值。)(tRk平均值和标准偏差方程(8)分别如下式表示：（9） )()()()()(tRttttKKKKRAMP（10）2/1222)()()()(tttt AMPKKKR在具体施工应用中，混凝土结构阻力随机过
11、程的递减函数按以下公式计算：（11） )()(ttR式中的是混凝土结构阻力的随机过程，,是相关的随机变量，以及)(tR是随时间变化的函数。基于混凝土结构设计的耐久性等级，方程（11）可以采)(t用下列公式确定：（12）)1 ()(1ttcucu（13) cucut)(14)1 ()(2ttyy(15) yyt)(式中当钢筋混凝土达到极限时混凝土的抵抗力平均值；)(tcu当钢筋混凝土达到极限时钢筋的抵抗力平均值；)(ty钢筋混凝土中的混凝土的标准偏差系数；)(tcu钢筋混凝土中的钢筋的标准偏差系数；)(ty，各种变量的初始值；)(tcu)(ty)(tcu)(ty分别是混凝土和钢筋抵抗力减小系数，
12、涉及到结构的材料，并可21,21,以从材料实验中获得。 4 4 工程应用工程应用测试轴向受压钢筋混凝土的结构构件，从而得到一些结构抵抗力的统计数据。考虑初始值C30的混凝土的平均值，标准偏差；20MnSi的钢41. 1cu19. 0cu筋，平均值，偏差标准偏差；初始阶段的尺寸是1m2。每个结构14. 1y07. 0y构件每边尺寸都可以有0.02的误差。混凝土和钢的抵抗力减小系数可以分别从Ref.4处获得,。在这种条件下，可以获得轴向受压的钢7 18 10 6 22.2 10筋混凝土结构随机时间相关性的抵抗力。根据钢筋混凝土结构的设计理论，抵抗力函数，式中和cucuyyRA RA RcuR分别为
13、混凝土和钢筋的初阻力。然后本文中使用该理论建议后，计算出随机时yR间而变化的抵抗力。统计数据见表格1。从计算结果中可以清楚的看到，钢筋混凝土的抵抗力的变化是明显地（随时间增加而减小）。这个现象是很重要的，并且在验证钢筋混凝土的安全性上是不应被忽略的。 表1 轴向受压的钢筋混凝土结构构件随时间变化的抵抗力时间/年01020304050平均值kN762520732395713656688575651744598732标准偏差kN124863119380116473112949108028101105变化系数0163701629016320164001657016885 5 结论结论对于土木工程的研究、设计和建设，钢筋混凝土结构的特征是非常重要的。对于钢筋混凝土结构测试、养护和安全性验证而言，与随机性和时间相关性有关的钢筋混凝土材料的研究是必要的。为了结构可靠性的设计，应该确定任意随时间变化的实际抵抗力。本文对随时间而变化的钢筋混凝土材料的特性进行了研究，发现很多影响混凝土碳化和钢筋锈蚀的因素。提出了钢筋混凝土结构的随机时间依赖阻力分析方法，发现了影响钢筋混凝土材料的其他因素。
