[發(fā)明專(zhuān)利]混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命迭代測(cè)定方法、系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011538405.2
• 申請(qǐng)日: 2020-12-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112580212A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣瓊明;農(nóng)忠霖;吉學(xué)寬;胡文君
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北部灣大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F119/02;G06F119/04
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 趙浩竹

1.一種混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命迭代測(cè)定方法，其特征在于，所述混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命迭代測(cè)定方法包括以下步驟：

步驟一，構(gòu)建混凝土中氯離子擴(kuò)散解析模型；

步驟二，確定橋梁結(jié)構(gòu)混凝土可靠度；

步驟三，構(gòu)建基于可靠度的混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命迭代計(jì)算模型；

步驟四，進(jìn)行跨海橋梁混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命的迭代計(jì)算。

2.如權(quán)利要求1所述的混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命迭代測(cè)定方法，其特征在于，步驟一中，所述混凝土中氯離子擴(kuò)散解析模型的構(gòu)建方法，包括：

(1)受氯鹽環(huán)境侵蝕混凝土結(jié)構(gòu)中的氯離子主要以擴(kuò)散為主，滿足Fick第二定律；考慮混凝土擴(kuò)散系數(shù)齡期衰減性能的氯離子擴(kuò)散方程可表示為：

式中，C表示混凝土中氯離子濃度(％，氯離子質(zhì)量占混凝土質(zhì)量的百分比，本發(fā)明中氯離子濃度均為此單位)；D₀表示在初始齡期t₀時(shí)刻的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)(mm²/a)，取t₀＝28d＝0.0767a；n表示氯離子擴(kuò)散系數(shù)的齡期衰減系數(shù)；t表示混凝土暴露于氯離子環(huán)境中的時(shí)間(a)；

(2)設(shè)混凝土保護(hù)層厚度為d，處于混凝土角部區(qū)域的鋼筋在兩個(gè)方向的保護(hù)厚度相等，則鋼筋表面處的氯離子濃度可表示為：

式中，m表示與氯離子擴(kuò)散維數(shù)相關(guān)的參數(shù)，對(duì)于一維擴(kuò)散問(wèn)題，m＝1；對(duì)于二維擴(kuò)散問(wèn)題，m＝2；C_s表示混凝土表面氯離子濃度(％)；C₀表示混凝土內(nèi)部初始氯離子濃度(％)；erf為誤差函數(shù)，T為時(shí)變等效服役時(shí)間(a)，與服役時(shí)間t的關(guān)系為：

式中，t表示氯離子持續(xù)侵蝕混凝土的時(shí)間(a)；t₀表示混凝土開(kāi)始暴露于氯鹽環(huán)境的齡期(a)。

3.如權(quán)利要求1所述的混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命迭代測(cè)定方法，其特征在于，步驟二中，所述橋梁結(jié)構(gòu)混凝土可靠度的確定方法，包括：

(1)將腐蝕誘導(dǎo)期作為氯鹽環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的服役壽命，以混凝土中鋼筋表面的氯離子含量達(dá)到臨界氯離子濃度值作為混凝土結(jié)構(gòu)耐久性能的極限狀態(tài)，由此建立氯鹽侵蝕下混凝土結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)函數(shù)：

g＝C_r-C(d,t) (4)

忽略擴(kuò)散模型中參數(shù)隨機(jī)性時(shí)，由g＝0便可直接求得服役壽命的未知參數(shù)；對(duì)氯鹽環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性進(jìn)行隨機(jī)可靠性分析，建立在目標(biāo)失效概率下各擴(kuò)散參數(shù)的隨機(jī)特性與混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命的定量關(guān)系；

(2)極限狀態(tài)函數(shù)g＝g(X)也稱(chēng)為功能函數(shù)，是基本隨機(jī)向量{X}的函數(shù)；將非高斯互相關(guān)隨機(jī)變量轉(zhuǎn)換為獨(dú)立正態(tài)隨機(jī)變量，僅考慮獨(dú)立正態(tài)隨機(jī)變量{X}＝[X₁,X₂,…X_M]^T；通過(guò)變換可得標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)隨機(jī)變量{ξ}＝[ξ₁,ξ₂,…ξ_M]^T，其中，σ_i分別表示X_i的均值和標(biāo)準(zhǔn)差；據(jù)此可得到標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)空間內(nèi)的極限狀態(tài)函數(shù)G({ξ})＝g({X})；利用可靠度分析的一次二階矩法[]可得等效擴(kuò)散時(shí)刻T的混凝土結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)β，等于標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)坐標(biāo)系原點(diǎn)到極限狀態(tài)曲面的最短距離：

式中，{ξ^*}為驗(yàn)算點(diǎn)P^*的坐標(biāo)，可通過(guò)梯度優(yōu)化迭代求解公式確定為：

{ξ}_r+1＝[({ξ}_r)^T{α}+b]{α} (6)

式中，{ξ}_r+1、{ξ}_r表示兩相鄰迭代步的驗(yàn)算點(diǎn){ξ^*}的坐標(biāo)，其初始值可取{ξ}₀＝0；b和{α}分別表示迭代步長(zhǎng)和迭代方向梯度，且：

其中，和分別表示G({ξ})的梯度向量及其范數(shù)；梯度向量{α}的第i分量α_i稱(chēng)為靈敏系數(shù)，表示直線在標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)坐標(biāo)系中的方向余弦，即：當(dāng)滿足|β_k+1-β_k|/β_k≤10^-3時(shí)停止迭代，將β_k+1作為該次可靠度迭代的收斂值，即對(duì)應(yīng)某一個(gè)服役時(shí)間時(shí)的可靠指標(biāo)。