钢 筋 混 凝 土 桥 梁 中 钢 筋 锈 蚀 对
结 构 可 靠 性 的 影 响 分 析
王 向 东
中铁十八局集团有限公司 天津 300222
摘要：研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土 (RC)桥梁结构可靠性的影响具有重要的参考意义。以工程实际为例，先分析钢筋
锈蚀原理并预测钢筋锈蚀后屈服强度力学模型，然后借助ANASYS有限元软件中PDS可靠度分析模块。以钢筋锈蚀后屈
服强度为基本参数，分析出RC桥梁随时间发展的应力值、变形值，最后根据结构失效准则分析钢筋锈蚀对RC结构的影
响规律。研究成果可为桥梁加固维修提供数据参考。
关键词：钢筋混凝土 (RC)桥梁；钢筋锈蚀；ANASYS有限元软件；可靠性
中图分类号：TU997 文献标志码 ：B DOI：10．14144／j．cnki．jzsg．2016．02．038
Analysis of Im pact of Reinforcement Corruption on Structural
Reliability in RC Bridge
WANG Xiangdong
China Railway 18th Bureau Group Co．，Ltd． Tianjin 300222
1 钢 筋 混 凝 土桥 梁钢 筋锈 蚀 的原 因
钢筋锈蚀原因主要分为以下3种：一是混凝土结构密实
性差。混凝土施工时 ，由于混合料配合比不 良、含水率较
高 、振捣不密实等造成结构硬化后内部含有较多孔 隙，因
此加快 了腐蚀介质渗入速度 ；二是混凝土碳化反应 。混凝
土结构中碱性物质与腐蚀性气体反应 ，降低了钢筋表面的
碱性保护层 ，从而加快了钢筋锈蚀速度 ；三是检测 、维护
不到位。在桥梁结构运营中，若未定期对桥梁结构进行检
测 、维护加固 ，将导致结构破损处得不到及时修复 ，从而
使局部钢筋暴露而产生锈蚀 。
2 钢 筋锈 蚀 的力 学 模 型
研究发现 ，若混凝土内部钢筋出现锈蚀 ，则其有效面
积将变小 ，其屈服强度会降低，导致钢筋混凝土桥梁承载
能力减小。
根据文献[1】，在钢筋表面发生锈蚀时 ，其锈蚀深度
随时 间发展 而遵循一定 的规律 ，具体公式如式 (1)、式
(2)所示。
6 (沪 6(to)X exp[O．000 4(t-to) ] (1)
or6(f)=or6(to)[1+O．025(t-to)】 (2)
式中： (f)__一 钢筋锈蚀深度平均值 ；
(f卜 锈蚀深度的标准差 ；
』 作者简介：王向东 (1982一 ) ， 男 本科，工程师。
通信地址：天津肃河西区柳林东中铁十， 局 (3~222)
收稿日期：2015--1卜o3
(f。)、or ( )——钢筋混凝土结构服役至第t。年时 ，
钢筋锈蚀实际深度的平均值、标准差。
由于钢筋锈蚀导致其直径较小，故其横断面有效面积
会发生变化，根据文献[1]，钢筋锈蚀后横截面有效面积随
时间发展的规律如式 (3)、式 (4)所示。
^ ( 6(t)／do一4 2 r ao2 (3)
or (0=0- 2、～1 2—32p6(0／d；】 (4)
式中：d 钢筋初始直径值。
由于钢筋屈服强度与截面积遵循一定规律 ，因此 ，若
钢筋锈蚀导致有效截面积随时间发展而减小，则可归纳出
其屈服强度平均值和标准差随时间发展的力学模型公式如
式 (5)、式 (6)所示【2】。
肛 (f)= [0．986—1．038p^(f)] (5)
(f) ,／to．986—1．038p ( d／ ,o +(1．038~4 ) (f)
(6)
式中： J_— 钢筋的初始屈服强度平均值 ；
_一钢筋的初始屈服强度标准差 ，取0．05。
3 钢 筋 混 凝 土桥 梁 可 靠 性 分析 准 则
1)应 力准则 ：根据 《材料力学 》中的构件应力容许
准则，若结构构件 内一点所承受的最大应 力达到极限应力
时，则可判断此构件在该点失效。
2)变形准则：根据结构设计原理 ，梁构件在外载荷作
用下，其跨中最大变形应不大于最大容许值。其中 ，简支
桥主梁的最大变形值为L／6o0。
根据文献[3】，将0．85卢作为结构失效的临界值 ，即结
2016．2．Bu_lding Conslructi。n田
王向东：钢筋混凝土桥梁中钢筋锈蚀对结构可靠性的影响分析
构构件的动态可靠度指标 <0．85 时 ，则认为结构 已处
于失效状态。各级公路桥梁的安全设计等级如表 1所示 ，各
安全等级相对应的失效概率如表2所示。
表1公路桥梁结构承载能力极限状态的可靠指标
安全等级 破坏类 型 一 级 二级 三级
延性破坏 4-7 4-2 3-7
脆性破坏 5_2 4．7 4-2
表2 结构构件目标可靠指标卢与对应的失效概率 (Pf)
4 基 于 ANSYS的 RC结 构 可 靠 性 影 响 分 析
4．1 ANSYS可靠度分析机 理
由于在概率设计时 ，用来评估模型的输入参数或假设
条件都是不确定的 ，即在某一确定的时刻或是确定的位置
无法准确地确定参数的真实数据 ，因此使用不确定的或是
随机的参数值作为模型的输入条件。
ANSYS的概率设计系统PDS分析模块可以处理这种不
确定性 ，并以图表的形式表示结构可靠度 】。在进~q-PDS分
析时，大致包括以下几个步骤。
t 1)创建概率设计分析所需的文件 ；
2)对计算模型进行可靠度分析 ；
3)查看可靠度分析结果 ]。
4．2 工程案例
4．2．1 工程 背景
尼 日利亚patako桥建于 l973年 ，该桥 上部结构为简
支钢
钢筋混凝土桥梁中钢筋锈蚀对结构可靠性的影响分析（论文）.pdf
