地铁钢筋混凝土结构杂散电流腐蚀疲劳损伤劣化研究及寿命预测

随着社会经济的不断发展，由于轻轨和地铁行车速度稳定，大量节省时间和消耗的能源，已经逐渐成为最佳的大众交通运输工具。然而受到地铁产生的杂散电流、环境中的腐蚀介质和机车疲劳荷载的耦合作用，其钢筋混凝土结构在使用过程中出现了严重的钢筋腐蚀，极大的影响了地铁混凝土结构的正常安全运行和使用年限。本文是国家重点基础研究发展计划课题（973计划2009CB6232033）“杂散电流-氯盐疲劳荷载协同作用下钢筋混凝土的腐蚀损伤与失效机理”的一个支项，对不同应力水平下杂散电流腐蚀疲劳钢筋混凝土结构损伤劣化研究及寿命预测进行研究。主要从钢筋混凝土在不同应力水平腐蚀疲劳作用下损伤演化规律、钢筋混凝土在腐蚀疲劳作用下损伤模型及寿命预测、钢筋混凝土在腐蚀疲劳作用下电化学腐蚀机理等三个方面开展试验和理论研究，主要工作及成果扼要介绍如下：（1）在杂散电流和氯离子腐蚀环境下，对钢筋混凝土构件进行不同应力水平荷载的腐蚀疲劳试验，观察分析混凝土试件的疲劳模量损伤演化规律，揭示应力水平对混凝土构件的损伤演化影响规律。（2）通过即时跟踪测试跨中位移的方法，研究钢筋混凝土试件在杂散电流与氯离子腐蚀作用下的疲劳损伤全过程，并依据其与疲劳刚度的对应关系建立基于跨中位移的腐蚀环境下四点弯曲疲劳损伤预测模型，即地铁钢筋混凝土服役寿命预测方程，并借助此模型对腐蚀环境下地铁钢筋混凝土梁寿命进行预测和评估，同时利用试验值和预测值对比验证。（3）主要就钢筋混凝土试件在杂散电流和氯离子腐蚀环境下承受不同应力水平下的疲劳荷载产生的腐蚀进行了研究,并且对混凝土试件处于不同荷载状态下钢筋发生电化学腐蚀时的腐蚀电流密度、极化电阻和腐蚀速率等电化学腐蚀参数进行了测试。通过实验数据分析,对比分析了钢筋腐蚀电流密度、极化电阻和腐蚀速率等电化学腐蚀参数与其所在腐蚀环境承受不同应力水平下疲劳荷载的对应关系曲线，通过分析不同应力水平下疲劳荷载对钢筋腐蚀产生的规律来研究荷载应力水平对腐蚀的影响，从而揭示钢筋损伤的机理，同时印证了应力水平因素对腐蚀的影响效果。