混凝土结构耐久性评估技术研究进展
发布时间：2011-02-26 14:00:53更新时间：2011-02-26 14:00:53
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摘要：该文综合分析了国内外混凝土耐久性评估技术的研究现状，指出了现有研究在内容、方法以及成果等方面存在的不足，并指出了进一步研究的方向。
关键词：混凝土结构；耐久性评估；研究进展
混凝土结构耐久性，是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下，在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力。混凝土结构耐久性评定方法有传统经验法、多指标分级加权评定法、基于剩余使用寿命的评定方法、模糊综合评判法等，其相应的耐久性等级划分方法也不同。
1传统经验法
长期以来，对服役结构耐久性的评估一直依赖有经验的技术人员，进行现场检查和必要的结构验算，然后凭其个人所拥有的知识和直觉，作出评价和处理，这就是所谓的传统经验法。由于这种方法所采用的调查手段及其判断准则完全由鉴定者自行确定，所以在较复杂问题的鉴定中，不仅其结果因人而异，而且在处理上，也往往为了避免个人承担风险，显得过于保守。
日本在传统经验法的基础上提出了通过2至3次调查进行综合评价的综合鉴定法[1]，这种方法与传统经验法相比有以下几点重要改进：一是强调成立调查委员会或调查小组；二是编制了详细的调查项目和调查内容，并要求按严格的程序执行；三是采用现代的检测技术和检测手段，并运用数理统计方法进行数据处理，以提高调查结果的准确性；四是对鉴定的每一步骤都规定了反馈过程，以补充调查，澄清疑点，从而保证鉴定结果的可靠性。但使用表明，这些改进也带来了新问题，就是工作量和费用的激增。在工程实践中，往往将它作为一种重点复查手段配合使用，这样可以收到很好的经济效果。
美国也有类似的方法，例如美国20世纪70年代中期提出的一种称作为安全评估程序的鉴定方法[2]，1971年Wiggin等人提出的在现场检测的基础上，按专门制定的评分准则对现有结构进行分级，以及1975年Culver提出的现场评估法，均属于这一范畴。
2多指标分级加权评定法[2]
多指标分级加权评定法全面考虑影响结构耐久性的各种因素，通过对构件的耐久性检测，确定耐久性指标及其重要性系数，各项耐久性指标加权求和获得单一构件的耐久性评定值Ei，依次加权求和获得构件类耐久性评定值和结构的耐久性综合评定值F，最后根据结构的耐久性评定值F划分为4级。该方法简单易行，但耐久性指标重要性系数和构件重要性系数的确定依赖于专家经验，因而客观性较差。
3基于剩余使用寿命的评定方法
文献[3]采用基于剩余使用寿命的耐久性评定方法，其中钢筋混凝土构件以一半主筋处于耐久性锈蚀状态为寿命终点，钢构件以母材截面耐久性损伤超过10％为寿命终点。根据生产和厂房大修改建的安排确定下一个目标使用年限，再根据结构的损伤程度和损伤速度预测各种构件自然寿命剩余年限，最后按结构耐久性系数分为4级。
4模糊综合评判法
模糊综合评判法是在役结构耐久性评估使用较多的一种方法。同济大学张誉[4]等提出一种用于旧房可靠性鉴定的三级模糊综合评判方法。该方法是用类比法将非定量因素定量化，建立隶属函数；根据各因素的重要性．用层次分析法(AHP法)确定因素权重；采用加权平均模型作为综合评判模型；用非对称贴近度法划分房屋质量等级。在此基础上，张伟平、张誉[5]提出基于剩余使用寿命的模糊综合评判方法，耐久性等级划分方法同文献[3]，用隶属函数处理等级标准，对房屋结构构件、分项工程、整幢房屋的耐久性进行三级综合评判，最后也采用非对称贴近度法划分房屋耐久性等级。
清华大学卢木、王娴明[6]以层次分析法(AHP)为基础提出灰色综合评判法，把耐久性影响因素(混凝土强度、保护层厚度、环境条件、碳化深度、沿筋裂缝)作为指标层、各结构部位耐久性作为准则层、结构耐久性等级作为目标层，形成一种结构耐久性多层次综合评判模型，确定各指标相对最优指标关联系数，用专家评分和指标水平的熵确定各指标的实用权重，以灰色关联度为评判尺度，将结构耐久性分为5级。
文献[7]中通过分析在役混凝土桥梁耐久性因素，根据桥梁的结构组成和受力特点，建立了包括目标层、项目层、指标层的二级评定模型，并将指标的评分分级标准量化，建立了比较明确的隶属函数；利用层次分析法计算出项目层及指标层的权重。
文献[8]一文基于多层次神经网络和模糊理论，以简单的直观检查和技术规范为基础，利用BP神经网络的高度非线性模拟结构损伤系数与使用年限之间的关系，通过已有的样本对神经网络进行训练，提出了一套混凝土桥梁等级评定专家系统。
5基于《混凝土结构耐久性评定标准》评定方法
基于混凝土结构耐久性的定义及耐久性损伤引起的结构性能退化规律，《混凝土结构耐久性评定标准》[9]中结构耐久性按可按其剩余耐久年限或按耐久性状态评定。标准中规定剩余耐久年限为结构耐久性失效的时间减去已使用的时间，耐久性状态则由结构某项耐久性能与其相应的耐久性指标确定。
结构耐久性根据需要按不同的耐久性极限状态评定，分项目、构件(构件项)、结构三个层次三个级别(a～c级)逐层进行评定。项目、构件项及结构耐久性等级由其耐久性分值评定。当项目以裕度比评定时，以其裕度比作为耐久性分值；当项目以耐久性状态评定时(碱－料反应、杂散电流腐蚀)，依据耐久性能的好坏，耐久性分值a级可取≥1.5、b级取1.0～1.5，c级取＜1.0。
我国在结构物的鉴定评估方而已经做了不少工作，取得了一定的成绩。经过多年的努力，我国已经编制了一些混凝土结构鉴定评估的标准，如《工业厂房可靠性鉴定标准》(GBJ144-90),《钢铁工业建(构)筑物可靠性鉴定规程》等，都为科学地评估结构提供了依据。
参考文献：
[1]张富春译.已有建筑物可靠性鉴定方法和检验手册[D].北京:中国铁道出版社,1982
[2]王娴明等.混凝土结构耐久性检测指南建设部科技研究课题(85-19-08)[R].混凝土结构耐久性及耐久性设计鉴定文件之三,1996
[3]冶金行业标准,钢铁工业建(构)筑物可靠性鉴定规程(YBJ219-89)[S].北京:冶金工业出版社,l990
[4]张誉,李立树.旧房可靠性的模糊综合评判[J].建筑结构学报,1997(5):12-21
[5]张伟平,张誉.现有房屋耐久性等级评估[J].中国土木工程学会第九届年会:工程安全性及耐久性论文集,2000
[6]卢木,王娴明.结构耐久性多层次综合评定[J].工业建筑,1998,28(1):1-4,
[7]张建仁,王存立.在用钢筋混凝土桥梁耐久性的模糊评定[J].公路交通科技.2005,22(4):83-86
[8]KeiKawamura,AyahoMiyamoto.Conditionstateevaluationofexistingreinforcedconcretebridgesusingneuro-fuzzyhybridsystem[J].ComputerandStructure81(2003),1931-1940
[9]中国工程建设标准化协会标准.混凝土结构耐久性评定标准(CECS220:2007)[S].北京:中国建材工业出版社,2007
关键词：混凝土结构；耐久性评估；研究进展
混凝土结构耐久性，是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下，在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力。混凝土结构耐久性评定方法有传统经验法、多指标分级加权评定法、基于剩余使用寿命的评定方法、模糊综合评判法等，其相应的耐久性等级划分方法也不同。
1传统经验法
长期以来，对服役结构耐久性的评估一直依赖有经验的技术人员，进行现场检查和必要的结构验算，然后凭其个人所拥有的知识和直觉，作出评价和处理，这就是所谓的传统经验法。由于这种方法所采用的调查手段及其判断准则完全由鉴定者自行确定，所以在较复杂问题的鉴定中，不仅其结果因人而异，而且在处理上，也往往为了避免个人承担风险，显得过于保守。
日本在传统经验法的基础上提出了通过2至3次调查进行综合评价的综合鉴定法[1]，这种方法与传统经验法相比有以下几点重要改进：一是强调成立调查委员会或调查小组；二是编制了详细的调查项目和调查内容，并要求按严格的程序执行；三是采用现代的检测技术和检测手段，并运用数理统计方法进行数据处理，以提高调查结果的准确性；四是对鉴定的每一步骤都规定了反馈过程，以补充调查，澄清疑点，从而保证鉴定结果的可靠性。但使用表明，这些改进也带来了新问题，就是工作量和费用的激增。在工程实践中，往往将它作为一种重点复查手段配合使用，这样可以收到很好的经济效果。
美国也有类似的方法，例如美国20世纪70年代中期提出的一种称作为安全评估程序的鉴定方法[2]，1971年Wiggin等人提出的在现场检测的基础上，按专门制定的评分准则对现有结构进行分级，以及1975年Culver提出的现场评估法，均属于这一范畴。
2多指标分级加权评定法[2]
多指标分级加权评定法全面考虑影响结构耐久性的各种因素，通过对构件的耐久性检测，确定耐久性指标及其重要性系数，各项耐久性指标加权求和获得单一构件的耐久性评定值Ei，依次加权求和获得构件类耐久性评定值和结构的耐久性综合评定值F，最后根据结构的耐久性评定值F划分为4级。该方法简单易行，但耐久性指标重要性系数和构件重要性系数的确定依赖于专家经验，因而客观性较差。
3基于剩余使用寿命的评定方法
文献[3]采用基于剩余使用寿命的耐久性评定方法，其中钢筋混凝土构件以一半主筋处于耐久性锈蚀状态为寿命终点，钢构件以母材截面耐久性损伤超过10％为寿命终点。根据生产和厂房大修改建的安排确定下一个目标使用年限，再根据结构的损伤程度和损伤速度预测各种构件自然寿命剩余年限，最后按结构耐久性系数分为4级。
4模糊综合评判法
模糊综合评判法是在役结构耐久性评估使用较多的一种方法。同济大学张誉[4]等提出一种用于旧房可靠性鉴定的三级模糊综合评判方法。该方法是用类比法将非定量因素定量化，建立隶属函数；根据各因素的重要性．用层次分析法(AHP法)确定因素权重；采用加权平均模型作为综合评判模型；用非对称贴近度法划分房屋质量等级。在此基础上，张伟平、张誉[5]提出基于剩余使用寿命的模糊综合评判方法，耐久性等级划分方法同文献[3]，用隶属函数处理等级标准，对房屋结构构件、分项工程、整幢房屋的耐久性进行三级综合评判，最后也采用非对称贴近度法划分房屋耐久性等级。
清华大学卢木、王娴明[6]以层次分析法(AHP)为基础提出灰色综合评判法，把耐久性影响因素(混凝土强度、保护层厚度、环境条件、碳化深度、沿筋裂缝)作为指标层、各结构部位耐久性作为准则层、结构耐久性等级作为目标层，形成一种结构耐久性多层次综合评判模型，确定各指标相对最优指标关联系数，用专家评分和指标水平的熵确定各指标的实用权重，以灰色关联度为评判尺度，将结构耐久性分为5级。
文献[7]中通过分析在役混凝土桥梁耐久性因素，根据桥梁的结构组成和受力特点，建立了包括目标层、项目层、指标层的二级评定模型，并将指标的评分分级标准量化，建立了比较明确的隶属函数；利用层次分析法计算出项目层及指标层的权重。
文献[8]一文基于多层次神经网络和模糊理论，以简单的直观检查和技术规范为基础，利用BP神经网络的高度非线性模拟结构损伤系数与使用年限之间的关系，通过已有的样本对神经网络进行训练，提出了一套混凝土桥梁等级评定专家系统。
5基于《混凝土结构耐久性评定标准》评定方法
基于混凝土结构耐久性的定义及耐久性损伤引起的结构性能退化规律，《混凝土结构耐久性评定标准》[9]中结构耐久性按可按其剩余耐久年限或按耐久性状态评定。标准中规定剩余耐久年限为结构耐久性失效的时间减去已使用的时间，耐久性状态则由结构某项耐久性能与其相应的耐久性指标确定。
结构耐久性根据需要按不同的耐久性极限状态评定，分项目、构件(构件项)、结构三个层次三个级别(a～c级)逐层进行评定。项目、构件项及结构耐久性等级由其耐久性分值评定。当项目以裕度比评定时，以其裕度比作为耐久性分值；当项目以耐久性状态评定时(碱－料反应、杂散电流腐蚀)，依据耐久性能的好坏，耐久性分值a级可取≥1.5、b级取1.0～1.5，c级取＜1.0。
我国在结构物的鉴定评估方而已经做了不少工作，取得了一定的成绩。经过多年的努力，我国已经编制了一些混凝土结构鉴定评估的标准，如《工业厂房可靠性鉴定标准》(GBJ144-90),《钢铁工业建(构)筑物可靠性鉴定规程》等，都为科学地评估结构提供了依据。
参考文献：
[1]张富春译.已有建筑物可靠性鉴定方法和检验手册[D].北京:中国铁道出版社,1982
[2]王娴明等.混凝土结构耐久性检测指南建设部科技研究课题(85-19-08)[R].混凝土结构耐久性及耐久性设计鉴定文件之三,1996
[3]冶金行业标准,钢铁工业建(构)筑物可靠性鉴定规程(YBJ219-89)[S].北京:冶金工业出版社,l990
[4]张誉,李立树.旧房可靠性的模糊综合评判[J].建筑结构学报,1997(5):12-21
[5]张伟平,张誉.现有房屋耐久性等级评估[J].中国土木工程学会第九届年会:工程安全性及耐久性论文集,2000
[6]卢木,王娴明.结构耐久性多层次综合评定[J].工业建筑,1998,28(1):1-4,
[7]张建仁,王存立.在用钢筋混凝土桥梁耐久性的模糊评定[J].公路交通科技.2005,22(4):83-86
[8]KeiKawamura,AyahoMiyamoto.Conditionstateevaluationofexistingreinforcedconcretebridgesusingneuro-fuzzyhybridsystem[J].ComputerandStructure81(2003),1931-1940
[9]中国工程建设标准化协会标准.混凝土结构耐久性评定标准(CECS220:2007)[S].北京:中国建材工业出版社,2007
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