[發(fā)明專利]基于復(fù)變函數(shù)逼近的鋼筋腐蝕電化學(xué)特征時(shí)域分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310667532.6
• 申請(qǐng)日: 2013-12-04
• 公開（公告）號(hào): CN103698266A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬國(guó)富;李惠;歐進(jìn)萍;關(guān)新春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N17/02
• 分類號(hào): G01N17/02
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于復(fù)變函數(shù)逼近的鋼筋腐蝕電化學(xué)特征時(shí)域分析方法。

背景技術(shù)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因其取材容易、成本較低，在我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)中得以廣泛的應(yīng)用。鋼筋腐蝕是降低鋼混結(jié)構(gòu)耐久性并造成重大損失的最主要原因。Metha教授曾經(jīng)指出，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的因素復(fù)雜，但主要原因有3個(gè)，包括鋼筋腐蝕、冰凍損害和服役環(huán)境的耦合作用，其中鋼筋腐蝕因素位居首位。美國(guó)調(diào)查資料顯示美國(guó)有253000座鋼筋混凝土橋梁內(nèi)部縱筋出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕；日本由于鋼筋腐蝕引起的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損壞約占21.4％，大量的海工結(jié)構(gòu)因Cl-的侵蝕服役20年左右性能便急劇惡化，日本政府每年要花費(fèi)400億日元用于建筑結(jié)構(gòu)的加固改造，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重影響；我國(guó)僅2002年底公路危橋就達(dá)9597座。近期，我國(guó)再次投入數(shù)以萬(wàn)億計(jì)的資金發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，占據(jù)相當(dāng)比例的鋼混結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題，勢(shì)必成為影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)和諧穩(wěn)定的戰(zhàn)略性課題。鋼筋腐蝕的危害之大出乎人們意料，隨著全球氣候與環(huán)境的惡化，這一問(wèn)題勢(shì)必呈現(xiàn)出日益加劇的態(tài)勢(shì)，鋼混結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕問(wèn)題正引起全世界廣泛關(guān)注。

混凝土中鋼筋腐蝕過(guò)程本質(zhì)上是電化學(xué)過(guò)程，因此電化學(xué)理論成為研究鋼筋腐蝕的直接、本質(zhì)的方法，而基于電化學(xué)理論的鋼筋腐蝕監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)還有待于關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的突破。國(guó)內(nèi)外針對(duì)鋼筋腐蝕機(jī)理的揭示、電化學(xué)特性的表征腐蝕測(cè)量器件等進(jìn)行了大量探索，并取得了豐碩成果，這些研究為全面、深入掌握鋼筋腐蝕特征奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。然而，腐蝕監(jiān)測(cè)是依據(jù)鋼筋腐蝕過(guò)程中所體現(xiàn)出的電化學(xué)特征，識(shí)別鋼筋所處腐蝕狀態(tài)的過(guò)程，這與通常大量的腐蝕電化學(xué)特性的研究具有本質(zhì)區(qū)別。綜上，目前針對(duì)鋼混結(jié)構(gòu)的鋼筋腐蝕問(wèn)題已經(jīng)進(jìn)行了大量探索，還處于研究腐蝕特征的階段。

等效電路(Equivalent?Circuit，EC)是腐蝕電化學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，通過(guò)建立鋼混體系合理的EC，進(jìn)而應(yīng)用其解析鋼混體系在給定激勵(lì)作用下的響應(yīng)，即可明確鋼筋腐蝕的特征。在給定激勵(lì)下，應(yīng)用通用等效電路R_c((R_ctZ_w)Z_CPE解析鋼混體系腐蝕電化學(xué)特征的相關(guān)研究，主要集中于頻域及時(shí)域內(nèi)。時(shí)域測(cè)試方法具有儀器設(shè)備簡(jiǎn)單、測(cè)試周期短等明顯優(yōu)勢(shì)，然而一直以來(lái)腐蝕電化學(xué)系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)的準(zhǔn)確分析存在較大困難。主要問(wèn)題在于表征鋼筋混凝土鋼筋腐蝕的等效電路中包含彌散和擴(kuò)散項(xiàng)，其中彌散效應(yīng)主要是由于鋼混界面的非均質(zhì)性引起，而擴(kuò)散項(xiàng)主要由于陰極反應(yīng)的O₂受控于其在混凝土內(nèi)的擴(kuò)散過(guò)程。彌散效應(yīng)的存在導(dǎo)致腐蝕電化學(xué)傳遞函數(shù)中包含常相位角元件(Constant?Phase?Element，CPE)，該元件的阻抗表達(dá)式的指數(shù)中包含待定參數(shù)，從而進(jìn)一步導(dǎo)致傳遞函數(shù)無(wú)法應(yīng)用傳統(tǒng)的快速傅里葉或Laplace逆變換的其時(shí)域響應(yīng)，最終無(wú)法對(duì)腐蝕電化學(xué)傳遞函數(shù)的時(shí)域響應(yīng)進(jìn)行分析。

為此，采用復(fù)變函數(shù)逼近論解決上述關(guān)鍵問(wèn)題，為分析含彌散與擴(kuò)散項(xiàng)的腐蝕電化學(xué)傳遞函數(shù)提供可行方法，具有重要的理論與實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于復(fù)變函數(shù)逼近的鋼筋腐蝕電化學(xué)特征時(shí)域分析方法。本方法采用復(fù)變分式多項(xiàng)式函數(shù)在頻域內(nèi)逼近鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕電化學(xué)傳遞函數(shù)，進(jìn)而采用Laplace逆變換獲得傳遞函數(shù)在時(shí)域內(nèi)的響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)域響應(yīng)的參數(shù)影響分析方法。

一種基于復(fù)變函數(shù)逼近的鋼混結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕電化學(xué)特征的時(shí)域分析方法，如下：

(1)建立R_c((R_ctZ_w)Z_CPE等效電路的傳遞函數(shù)如下：

其中，G(jω)-導(dǎo)納；I(jω)和U(jω)分別為激勵(lì)電流和對(duì)應(yīng)的電壓響應(yīng)，或電流響應(yīng)和對(duì)應(yīng)的激勵(lì)電壓；R_c-混凝土電阻；R_ct-鋼混界面處鋼筋腐蝕電化學(xué)反應(yīng)電阻；Y_OQ-常相位角元件基本導(dǎo)納；β-常相位角元件指數(shù)；Y_OW-Warburg阻抗基本導(dǎo)納；

(2)建立復(fù)變函數(shù)逼近用分式多項(xiàng)式函數(shù)如下：