如何计算钢筋混凝土结构的设计寿命？

大型结构项目的规范通常要求结构具有特定的设计寿命。可以是50年，100年等。

适应钢的设计寿命可以很简单，只需增加额外的厚度以考虑该时间段内的预期腐蚀。该计算还将考虑基于涂层或钢类型的任何变化。

历史表明，未加固的混凝土结构可以使用数百年。罗马人有一些这样的例子，例如万神殿。

钢筋混凝土的问题在于，钢筋最终会腐蚀，膨胀，并导致混凝土开裂。使用的聚合也可能存在问题。

设计者如何计算并通过合同保证钢筋混凝土结构的使用寿命？

设计生命可以是两种不同的事物之一，并且它们是不可互换的。

提到“ 100年设计寿命”可能意味着它是针对“每100年1年”的加载情况（风荷载，潮汐波动或其他）设计的。这仅是一种量化负载大小的方法。实际上，与结构的耐用性无关，它与结构的强度有关。

这个问题问的是另一件事-耐久性，特别是钢筋混凝土的耐久性。通常通过参考特定环境中的过去经验（告诉您可能的关键劣化机制），然后参照标准解决方案或该机制的寿命计算来量化。计算通常在某种程度上是经验性的。

对于具有“正常”暴露条件，“正常”混凝土特性和“正常”设计寿命要求的“标准”结构，在相关的设计规范中将有标准解决方案，可能简单地定义了覆盖层的数量。满足设计生活。构成“正常”的因素将取决于设计规范的管辖范围-世界各地都有不同的水泥掺合料，而在一个完全温带国家中，国家设计规范的“正常”则不会是“正常”在热带或极地地区。

例如，在阿拉伯半岛飞溅区的结构中，霜冻侵蚀不会成为问题，但物理盐侵蚀（或盐风化）会成为问题。霜冻侵蚀是冻结在孔隙和裂缝中的水膨胀并破坏混凝土的地方。盐风化是盐水被芯吸并蒸发的速度，盐晶体在孔内生长并破坏混凝土。

如果设计师偏离了当地设计规则认为“正常”的范围，或者环境特别恶劣，或者对耐用性的要求异常繁重，则需要进行特定的计算。

钢筋混凝土最常见的故障是金属钢筋开始腐蚀。混凝土中的钢不会腐蚀，因为混凝土的pH值很高，并且在高pH环境中的钢被“钝化”并且不会腐蚀。但是，随着时间的推移，来自大气的二氧化碳会慢慢扩散到混凝土中并中和。如果您知道混凝土的特性，则可以预测发生的速度（参考经验）。

但是，通常实际上会触发腐蚀（至少在海洋或其他盐渍环境（例如道路盐）中）的是氯离子侵蚀，其中氯离子从表面扩散出来。一旦棒表面的氯离子浓度达到临界值，腐蚀就会很快发生。如果假定表面上的氯离子浓度（根据经验数据）并知道混凝土的特性（经验数据，或者通过测试氯离子在其中扩散的速度如何，则可以计算得出），但是请注意，作为混凝土年龄，其特征会发生变化，您需要考虑这一点），并了解关键阈值（根据经验数据）。

有一个方便的免费程序，可以为您执行此计算，称为Life-365，它来自美国混凝土协会委员会。它为您进行氯化物扩散计算，绘制图表和填充物，如果您在美国，它甚至具有您需要的经验数据，因此您无需查看当地情况。（我使用该程序，但未与之关联）。该程序的手册对它背后的科学进行了更详细的讨论，但是最好的办法是您可以玩它，看看改变某些东西会对生活产生什么影响。

如果您进行计算却没有得到足够的寿命，那么您可以将钢筋加深（这样，氯化物就可以扩散到更长的时间了），或者使混凝土对氯化物的扩散更具抵抗力，或者您使用需要更高氯离子阈值（例如，不锈钢）的钢筋，或者对钢筋或混凝土进行表面处理，或者放入电镀或电化学系统，缓蚀剂或其他物品。这些东西很多都回到了经验数据上-他们已经对其进行了测试，并且有测试数据表明，如果您添加x数量的东西，它将在n年内防止腐蚀。

我不能就建筑结构来回答这个问题。但是，我可以建造钢筋混凝土路面，这可能对您仍然有些兴趣。

根据其他答案，设计了一种试验性路面设计，然后根据设计寿命对其进行评估。人行道上的负载是通过设计寿命内的标准车轴重复来表示的。例如，路面可以设计为在40年的设计寿命中承受1x10 ^5次标准车轴重复。这称为设计重复。

选择试验路面，然后进行疲劳分析，以确定路面的允许重复次数。然后将“设计重复次数”除以“允许重复次数”，如果该值（定义为“累积损坏因子”（CDF））小于1.0，则您的路面将在设计寿命内存活。

因此，CDF = n / N，其中n =设计重复次数，N =允许重复次数。请注意，如果您知道其他术语，则可以进行反向计算来确定设计寿命。