混凝土结构耐久性指标

对寿命或性能退化等指标的耐久性预测是进行混凝土结构耐久性区域划分的基本手段，即以寿命为纽带将结构劣化与环境作用联系起来，通过结构的性能劣化程度或寿命来反映环境对结构耐久性的影响程度。这适用于区划的耐久性极限状态与可靠指标的确定，是基于概率的预测方法的必要前提。

5.2.3.1　耐久性极限状态

混凝土结构的安全性、适用性和耐久性是结构可靠性分析和设计的核心［5-13］。在结构的全寿命周期中，结构是以可靠（安全、适用、耐久）和失效（不安全、不适用、不耐久）两种状态存在的。结构耐久性极限状态是结构耐久性设计的目标和基于概率的极限状态设计方法的前提［5-14］。国家标准GB 50068—2001［5-15］将结构的功能要求划分为安全性、适用性、耐久性3个方面，其中明确界定了安全性、适用性对应于结构的极限状态，而没有明确给定结构的耐久性对应的极限状态。为了能够描述结构的耐久性状态，就必须明确定义结构耐久性极限状态。对应于耐久性寿命的极限状态需要根据具体的劣化机理进行预先定义，而且应选择适合于区划设计的界定标准。

混凝土结构的耐久性极限状态，是指整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的耐久性要求，此特定状态称为耐久性极限状态［5-16］。它不同于承载能力极限状态和正常使用极限状态，是一种具有动态性的性能极限状态，包含了安全性、适用性以及其他性能的关键点［5-14］。

混凝土碳化对于钢筋混凝土结构耐久性的影响主要是引起钢筋锈蚀，引起钢筋锈胀开裂并最终导致结构或构件承载能力降低的失效。混凝土结构使用寿命判别准则一般按照其劣化阶段，包括钢筋初锈、混凝土胀裂开裂、裂缝宽度限值和承载能力4个寿命准则。考虑到针对结构设计的极限状态一般不考虑构件的开裂［5-5～5-7］，对于碳化作用下结构的耐久性极限状态标志取为混凝土碳化深度到达钢筋前沿［5-5～5-17］，即

式中：pf为耐久性失效概率；dcover为保护层厚度，单位为mm；β为可靠指标。

5.2.3.2　可靠指标

一般认为结构的耐久性极限状态是按照适用性和可修复性的要求来定义的，即类似正常使用极限状态［5-18，5-19］，但需要指出的是，两者概念上有着本质的差别。应用于区划耐久性预测中的可靠指标旨在提供一个统一的参考标准，以表征环境对结构耐久性的影响程度，可不必考虑构件种类、结构重要性等具体因素。参考文献［5-7，5-20，5-21］中关于可靠指标的建议取值，针对耐久性区划设计，本书取用可靠指标β＝1.5，即预测实际条件下具有近似95％保证率的指标值。(https://www.xing528.com)

对于海洋氯化物环境和冻融循环环境的可靠指标的取值均按此取值，即取为1.5。

5.2.3.3　模型的工程验证

利用建立的碳化深度预测模型式（5-2）和式（5-8）对工程实测数据进行验证，见表5-2，表中：Xm、Xc分别为碳化深度实测值和本书模型计算值，ε为预测相对误差。从表5-2可以看出，本书所建碳化深度预测模型与文献［5-12，5-22］中对应的预测值均和实测值有一定的符合度，在不同地区表现出不同的倾向。城市实测数据来自文献［5-12，5-22］。从检测数据可以看出，对于相同地区具有相同服役年限和相同混凝土强度的实际工程，结构混凝土的碳化深度也有较大不同，这主要是受环境气候条件的多样性、结构自身的材料及测量误差等的影响。

图5-4为工程实测值、本书预测值和文献［5-13，5-23］预测值的对比曲线。可以看出：①本书模型对于东北地区，文献模型对于西北地区，均有不同的适应优势；②本书预测值多比实测值偏大，从工程意义上来讲偏于安全；③本书预测曲线形状与实测曲线形状相似度很高，能更为明显地反映不同地区环境对混凝土结构耐久性的作用效应的强弱差异。

表5-2　预测模型的验证

图5-4　碳化深度预测值与实测值结果对比