影响工程结构抗力的因素分析

一般地，抗力不确定性产生的因素可概括为环境因素、内部因素和受荷状况三个方面，这些因素的影响时间或阶段则包括结构的施工阶段、正常使用阶段和老化阶段。结构性能随时间的变化是一个复杂的物理、化学和力学损伤过程，是上述三类影响因素的函数，而各种影响因素都是复杂的随机过程。不同的使用环境与工作条件，结构的抗力变化规律也不尽相同；在对服役结构可靠性分析与评估时，可以建立一个类比原则，对某一类结构在相同或相近的环境下的抗力衰减规律在同类相同环境的结构中推广［190］。

对于钢筋混凝土结构，其时变抗力的主要影响因素包括混凝土碳化和钢筋的锈蚀等几何因素、混凝土与钢筋性能的变化等，随机时变抗力是多因素影响机制［15，86，102］。

大量的资料表明，在非侵蚀介质的正常大气中，混凝土平均碳化深度D与碳化时间t的关系是幂函数关系［38，191］：

式中：a为混凝土的碳化速度系数，。

式（3.1）是一种基于Fick第一扩散定律的碳化模型公式。目前的室内快速碳化试验

［38］研究表明，该公式与实测值之间有一定的误差。(www.xing528.com)

钢筋锈蚀是在O2和H2O的共同存在及作用下，钢筋表面的铁不断失去电子而溶于水的过程，其生成物Fe（OH）3的体积膨胀压力使混凝土保护层发生顺筋开裂，使锈蚀速度加快，握裹力降低。关于钢筋的锈蚀速度，一般是根据实验的结论得到的近似表达式［190］；目前提出的混凝土结构中钢筋锈蚀模型，多是室内实验结论［193～195］。

结构在承受动荷载时发生疲劳损伤，使结构强度和刚度降低、裂缝形成并扩展。对于钢筋混凝土结构的各种受载情况，在大量试验的基础上提出了结构的疲劳规律［58，68］。对于钢筋混凝土压弯构件低周疲劳损伤的抗力衰减，一般可通过试验确定其强度损伤模型的参数［196］。

钢筋混凝土结构由混凝土和钢筋两种材料组成，其材料性能的时变规律包括混凝土和钢筋两个方面。长期以来，对混凝土的强度时变规律进行过许多研究，已得出比较公认的早期强度的预测公式，但对后期（尤其是不同地区、不同环境下的服役结构）强度预测的研究还不充分，缺乏实际观测资料［100，197］。对民用建筑的调查结果表明：结构本身外露的情况很少，在使用过程中结构受到建筑装饰的保护，截面尺寸等基本不变，其抗力下降是由于混凝土强度和钢筋强度的降低引起；根据有关实际调查结论，混凝土结构中混凝土和钢筋强度时变性的统计特征与使用开始时刻的随机特性相同［195］。

对于钢筋混凝土结构，也有以指数、衰减的形式表示其抗力时变规律的［198］。研究表明，锈蚀后钢筋剩余面积对服役钢筋混凝土结构可靠性影响最大［73］。值得指出的是，由于使用环境不同，得到的钢筋混凝土结构中的材料或抗力的时变性表达式不尽相同。一般地，对混凝土与钢筋的强度推断是根据实测结果分析的，不符合上述公式则是很自然的，因为结构所处环境不同［38，73］。因此，从结构所处的环境角度分析，几乎不可能找到一个统一的表达式描述服役工程结构的抗力或其材料的性能衰减规律。