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旧有钢筋混凝土框架结构在地震作用下的延续使用寿命评定：理论、模型与实践

一、引言

1.1研究背景与意义

随着城市化进程的加速，大量建于上世纪的旧有建筑仍在持续使用。其中，钢筋混凝土框架结构因其良好的承载能力和空间灵活性，在各类建筑中广泛应用。然而，这些旧有钢筋混凝土框架结构在长期服役过程中，不仅面临自然环境侵蚀、材料老化等问题，还时刻承受着潜在地震灾害的威胁。

地震作为一种极具破坏力的自然灾害，其发生往往具有突发性和不可预测性。历史上众多地震灾害事件，如1976年的唐山大地震、2008年的汶川大地震以及2011年日本东海岸地震等，都给人类生命财产造成了巨大损失。在这些地震中，大量钢筋混凝土框架结构建筑遭受严重破坏，甚至倒塌，导致大量人员伤亡和经济损失。如唐山大地震中，唐山市大量钢筋混凝土框架结构建筑瞬间垮塌，城市基础设施遭受毁灭性打击，经济损失难以估量；汶川大地震中，许多学校、医院等公共建筑的钢筋混凝土框架结构严重受损，不仅影响了救援工作的及时开展，也给后续的恢复重建带来了极大困难。这些惨痛的教训表明，地震对旧有钢筋混凝土框架结构的威胁不容忽视。

对于旧有钢筋混凝土框架结构而言，其在设计建造时所依据的抗震标准，可能无法满足当前更为严格的抗震要求。同时，长期的使用过程中，结构材料性能逐渐劣化，混凝土的强度降低、钢筋锈蚀等问题不断出现，进一步削弱了结构的抗震能力。而一旦这些结构在地震中发生破坏，其带来的损失将是多方面的。从人员安全角度看，建筑倒塌或严重破坏可能导致大量人员伤亡，给无数家庭带来灾难；从经济层面分析，修复或重建受损建筑需要耗费巨额资金，还会对当地的经济发展造成严重的负面影响，如导致商业活动停滞、生产中断等；从社会稳定角度考量，地震灾害引发的建筑破坏可能引发社会恐慌，影响社会的正常秩序。

在这样的背景下，对旧有钢筋混凝土框架结构在地震作用下的延续使用寿命进行评定具有至关重要的意义。准确评定其延续使用寿命，能够为既有建筑的安全使用、维护加固以及拆除决策提供科学依据。通过合理的评定，可以确定结构是否能够继续安全使用，若不能，则可以根据评定结果制定针对性的加固方案，提高结构的抗震能力，延长其使用寿命，从而保障人员生命财产安全，减少地震灾害可能带来的损失；对于那些评定后已无加固价值的建筑，可以及时进行拆除，避免潜在的安全隐患。这不仅有助于提高既有建筑的安全性和可靠性，实现建筑资源的合理利用，还能为城市的可持续发展提供有力支持，具有显著的社会效益和经济效益。

1.2国内外研究现状

在钢筋混凝土结构耐久性研究方面，国外起步较早。早在20世纪60年代，欧美等发达国家就开始关注混凝土结构耐久性问题。经过多年研究，他们在混凝土耐久性理论、检测技术和防护措施等方面取得了丰硕成果。如美国混凝土学会（ACI）制定了一系列关于混凝土耐久性的标准和规范，涵盖了混凝土原材料选择、配合比设计、施工工艺以及维护管理等方面；欧洲混凝土协会（fib）也发布了相关技术报告，对混凝土结构耐久性设计方法和评估指标进行了详细阐述。在钢筋锈蚀研究领域，国外学者通过大量试验和理论分析，深入研究了钢筋锈蚀的机理、影响因素以及锈蚀对结构性能的影响。例如，英国学者Broomfield对钢筋锈蚀的电化学过程进行了系统研究，提出了钢筋锈蚀速率的计算模型；美国学者Miyamoto通过试验研究了氯离子侵蚀环境下钢筋混凝土结构的耐久性，分析了氯离子浓度、混凝土保护层厚度等因素对钢筋锈蚀的影响。

国内对钢筋混凝土结构耐久性的研究始于20世纪80年代。随着基础设施建设的快速发展，耐久性问题日益受到重视。众多科研机构和高校开展了大量相关研究，在理论和实践方面都取得了显著进展。在混凝土碳化研究方面，我国学者建立了适合国内环境条件的混凝土碳化深度预测模型，考虑了混凝土强度等级、水泥品种、环境湿度和二氧化碳浓度等因素对碳化速率的影响；在钢筋锈蚀研究方面，通过试验和数值模拟，研究了钢筋锈蚀对混凝土结构力学性能的退化规律，提出了基于锈蚀率的结构承载能力评估方法。例如，清华大学的牛荻涛教授团队长期致力于混凝土结构耐久性研究，在耐久性评估理论和方法方面取得了一系列创新性成果，建立了混凝土结构耐久性寿命预测的概率模型，为结构耐久性评估提供了科学依据。

在钢筋混凝土结构剩余寿命预测研究方面，国外学者提出了多种方法和模型。其中，基于材料性能劣化的预测模型较为常见，如考虑混凝土碳化、钢筋锈蚀等因素对结构性能的影响，通过建立材料性能随时间变化的数学模型，预测结构的剩余寿命。美国学者Mehta提出了基于混凝土碳化深度的结构寿命预测方法，认为当混凝土碳化深度达到钢筋表面时，钢筋开始锈蚀，结构进入失效阶段；日本学者Nakamura通过试验研究了钢筋锈蚀对混凝土结构刚度和承载能