坑蚀对混凝土构件抗力统计参数的影响.pdf
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1、2 0 1 1 年 第 6 期 (总 第 2 6 0 期 ) Nu mb e r 6 i n 2 0 1 1 ( T o t a l N o 2 6 0 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 混凝土制品 CONCRETE P RODUCTS d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 6 0 3 7 坑蚀对混凝土构件抗力统计参数的影响 马亚丽 。 ( 1 郑州航空工业管理学 院,河南 郑州 4 5 0 0 1 5 ;2 王东威 河南省交通规划勘察设计 院,河南 郑州 4 5 0 0 5 2 ) 摘要: 为了研究具有随机
2、分布的坑蚀对现役混凝土结构抗力统计参数的影响, 根据随机变量的极值理论, 分析了锈蚀钢筋面积参数的 变化和受弯构件抗力统计参数的变化。 结果表明: 坑蚀随机性对混凝土构件抗力统计参数的影响显著, 抗力统计参数随着分布数量和服役 年限的增加 , 均出现下降的趋势 。 分析表明 : 研 究基于坑蚀随机性的混凝土构件抗力统计参数的发展规律 , 为有效预测混凝土构件的可靠 性奠定 了理论基础。 关键词 : 坑蚀 ;抗力;随机性 ;极值理论 中图分类号 : T U5 2 8 7 文献标 志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 6 0 1 2 0 0 2 E
3、 f f e c t of p i t t i ng c o r r os i on on s t a t i s t u c al pa pame t er s o f r es i s t a nc e of RC membe r s M A Ya l i WA NG Do n g - we i (1 S c h o ol o fCi v i lE n g i n e e r i n g, Z h e n g z h o uI n s t i t u t e o fAe r o n a u t i c a l I n d u s t r yMa n a g e me n t , Zh e
4、n g z h o u4 5 0 01 5, Ch i n a 2 He n a nP r o v i n c i a l I n s t i tut e o f C o m mu n i c a t i o n s P l a n n i n g, S u r v e yan dD e s i g n, Z h e n g z h o u 4 5 0 0 5 2, Ch i n a ) Abs t r a e t : In o r d e r t o an a l y z e t h e i n fl u e nc e o f s t o c h a s t i c p i i ng c o
5、 r r o s i o n t o t h e s ta t i s t i c a l p a r a me t e r s o f r e s i s t a nc e o f s e r v i c e s t r uc t u r e Ac c o r d i n g t O t h e t h e o r y o f e x t r e me v a l u e s o f r a n d o m v a r i a b l e s , t h e c h a n g e of s t a t i s t i c a l p a r a me t e rs f o r b o t
6、h c o r r o d e d s t e e l b ar a n d r e s i s t a n c e i s a l s o a n a l y z e d b a s e d o n t h e r a n d o mn e s s o f p i Ui n g T h e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t t h e i nfl u e n c e o f t h e r a n do mne s s of p i t t i n g t o t h e s t a t i s t i c a l para me t e r s
7、 o f r e s i s tan c e i s of t h e mo s t s i gn i fic a n c e , t h e s tat i s t i c a l p a r a me t e r Was f o u n d t o d e c l i n e wi t h the i n c r e as e o f n u mb e r o f r a n d o m v a ria b l e s a n d t h e s e rv i c e l i f e T h e a n a l y s i s s ho w the r e s e a r c h pr e
8、 s e n t e d in the p a pe r c a n pr o v i d e t h e o r e t i c a l basi s o fr e l i a bi l i t y o f RC me mbe r s Ke y w o r ds : p i ni n g c o r r o s i o n; r e s i s t a n c e ; r a n d o mn e s s ; e x tr e me th e o ry 0 引 言 实际服役的钢筋混凝土构件中, 坑蚀对混凝土构件可靠性 能下降的影响极为严重。 对具有多个锈蚀坑的钢筋混凝土构件 来说 , 坑蚀发
9、生是随机过程 1 】 , 坑蚀对钢筋面积的影响也是随机 的, 其最终结果是造成钢筋截面面积沿构件 长度方 向分布不一 致。 因此, 局部腐蚀产生的锈蚀坑对钢筋面积的影响而言, 不仅 仅是截面问题, 而是整个构件或结构体系的问题。 锈蚀钢筋的面 积不仅仅是一个简单的随机变量, 实际上是沿混凝土构件长度 方向作为“ 时间” 尺度分布的随机过程 2 1 。 忽视多个锈蚀坑的影 响造成 的钢筋面积沿长度方 向的空 间变异性的分析 , 通常会过 高地估计了混凝土构件的可靠性【 。 为了弥补以上不足, 本项 目研究 了锈蚀钢筋面积参数 和受弯构件抗力统计参数的变化 , 分析探讨 了考虑坑蚀 随机性 的混凝
10、土构件抗 力统计参数 的发 展规律, 为定量研究坑蚀对现役结构可靠性能的影响提供参考。 1 单个锈蚀坑引起的钢筋面积统计参数的变化 混凝土构件可靠性分析中, 设钢筋的实际面积为 A 。 , 标准 值为 A , K A - A 。 A 。 关于随机变量 的统计数据 , 对建筑结构 , 其 平均 K A = 1 0变异 系数6 = o 0 3 。 对 于局 部腐蚀 的钢筋截 面面 积 的统计数 据来 说 , 由于腐蚀程度 的增加 , 导致其均值 和变异 收稿 日期 :2 0 1 0 1 2 q 3 7 基金项 目:北京市 自然科学基金资助项 目( 8 0 1 2 0 0 4) 1 2 0 系数均会
11、随时间发生相应的变化。 局部腐蚀深度随机特性的研 究 , 通常用极值分布分析【5 。但对于局部腐蚀造成的钢筋截面面 积变化 的研究 , 相关文献的报 道不多。 以 Go n z a l e z t6 等人研究的 腐蚀深度试验数据, 可以得出在不同服役年限时的钢筋截面面 积的统计特性 , 见 图 1 所示。 蛩 妻 羹 随时间的变化 从图 1中可以看出, 随着服役年限的增加 , 钢筋的腐蚀程 度加大, 相应的钢筋截面面积统计变量 k 的平均值随着减小, 变异系数相应增加。 因此 , 对于钢筋 面积变化而引起的结构抗力 的影响, 应考虑统计参数随时间而变化的趋势。 上述局部腐蚀特性造成的钢筋面积统
12、计特征分布规律的 分析, 是基于Oo n z a l e z 等人所测得的小样本数据的分析结果, 其 是否能够反映大样本空间的实际分布特性, 有待于进一步的验 叭 O 哪 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 证。 因此, 又以 S t e w a r t 等人得出的均匀腐蚀速率和最大腐蚀 速率 比值系数 的统计特征 , 利用 Mo n t e C a r l o 方法分析了局部锈 蚀造成 的钢筋截面 面积 统计 特征的分布规律 。 随机变量 的 统计数据随时间的变化见图 2 。 随时间的变化 由网2 可以看出, 对于最大腐蚀深度与平均腐蚀深度速率的 比值分布形式已知
13、的钢筋, 腐蚀对其面积参数的影响与 G o n z a l e z 等人试验数据分析得出的结论是一致的, 即: 钢筋面积参数平 均值随时间呈现下降的趋势, 钢筋面积参数变异系数随时间的 增长而增加。 2 坑蚀随机性对受弯构件抗力统计参数的影响 2 1 坑蚀随机性对钢筋面积参数的影响 由于锈蚀坑沿钢筋长度的分布随机性, 因此, 在一定的服 役年限时, 应考虑局部腐蚀造成的钢筋截面面积沿其长度的分 布性 同时分析, 在不同的使用年限时, 钢筋截面面积沿其长度 分布性的发展规律。 根据随机变量的极值理论【8 I可以得到沿长 度在不同分布数量 n下, 眼役年限为 l O年 、 4 O 年时的 K 的极
14、小 值K 一 的变化情 况, 如表 1 所示。 表 1 服役年限为 1 O年时 , 不同 n值下 的统计数据 由表 1 可见 , 在一定的服役年限时, 当 n由 l O增加到 l 0 0 0 时, 对应的截面面积均值和变异系数均呈现下降的趋势。 在同一 n值的情况下, 随着服役年限的增加 , 腐蚀程度加深, 因此钢筋 截面面积最小值的统计参数中 出现下降的趋势, 而6 则呈 现增加的趋势 。 图 3 - 6描述 了钢筋面积参数均值和变异系数在不同服役年 限和不同分布数情况下的变化趋势 。 从 图中可以看 出, 钢筋面积 参数均值随服役年限的增加呈现下降的趋势, 在一定服役年限时 , 随着分布数
15、量的增加, 也呈现下降的趋势。 钢筋面积参数变异系 数在分布数一定时, 随着服役年限的增加, 呈现增加的趋势, 在 一 定服役年限时, 随着分布数的增加呈现下降的趋势。 也就是说 , 分布数量的增加, 使得钢筋面积参数均值、 变异系数有下降的趋 势。 随着服役时问的增加 , 钢筋 的腐蚀程度加深 , 因此均值呈现 下降的趋势, 而腐蚀离散程度的加重, 使得变异系数增大。 2 2 钢 筋面积 变化 引起 的受 弯构件 抗 力变化 在分析结构构件可靠度计算时, 影响结构构件抗力的主要 因素有: 材料性能的不定性、 几何参数的不定性和计算模型的 不定性。 当钢筋面积变化时, 其统计参数的变化必然会引
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