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水 利 学 报

２０２２年 ８月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５３卷 第 ８期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２２）０８ － ０９７７ － ０７

基于 Ｗｅｉｂｕｌｌ模型的混凝土冻融损伤寿命预测及应用

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２
杨冬鹏 ，郭卫民 ，王宝民 ３
（１．辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 １１０００６；
２．辽宁省交通规划设计院有限责任公司，辽宁 沈阳 １１０１６６；
３．大连理工大学 土木工程学院，辽宁 大连 １１６０２４）

摘要：对北方严寒和寒冷地区水工混凝土结构而言，其抗冻性能是混凝土耐久性最具代表性的指标，也是影响工
程实体服役寿命的关键因素。为了能够准确预测既有混凝土构筑物的使用寿命，本文以冻融损伤理论为基础，采
用棱柱体试件进行了混凝土快速冻融物理模型试验，建立了基于 Ｗｅｉｂｕｌｌ模型和混凝土快速冻融试验的混凝土冻
融损伤模型。基于该模型提出一种迭代逼近的混凝土寿命预测方法，通过室内试验和实际工程案例进行验证。结
果表明：通过所建立损伤模型得到的冻融损伤预测值和试验实测值基本吻合，提出的寿命预测方法得到的预测数
据较为可靠。
关键词：水工混凝土；Ｗｅｉｂｕｌｌ模型；冻融损伤；寿命预测
文献标识码：Ａ
中图分类号：ＴＶ４３１ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２１１１００

１ 研究背景

混凝土作为当今应用最广泛、最重要的一种人造建筑材料，其耐久性能直接影响着工程的使用寿
命。混凝土耐久性受内外部因素的共同影响，其中内部因素主要有混凝土组成材料用量、材料性质及
微观结构 ［１］ ；外部因素主要是指其服役环境包括应力条件、温度湿度条件等各种外部因素 ［２ － ４］ 。不同
环境条件下，各影响因素造成的影响权重大不相同。对于我国北方严寒和寒冷地区，混凝土的抗冻性
能是影响混凝土服役寿命的关键因素。目前基于冻融损伤作用下的混凝土损伤模型研究已取得一定研
究成果 ［５ － ６］ 。宋玉普等 ［７］ 基于三参数 Ｗｅｉｂｕｌｌ分布建立了一种混凝土结构冻融损伤可靠度分析模型，并
利用等效损伤原理推导了计算混凝土冻融损伤失效概率及剩余寿命计算公式；关宇刚等 ［８］ 结合可靠度
与损伤理论，提出了适用于不同边界条件以及包括单因素和多因素复合作用下的混凝土寿命预测多元
Ｗｅｉｂｕｌｌ分布模型；余红发等 ［９ － １０］ 基于 Ｆｉｃｋ第二扩散定律建立了多种因素作用下的混凝土氯离子扩散
理论模型，解决了 Ｆｉｃｋ扩散理论在混凝土中的适应性问题。不同的科研工作者对于表征混凝土冻融损
伤程度的指标选取各不相同，依据不同的选取指标主要有基于冻融损伤过程的质量衰减模型、相对动
弹性模量衰减模型、强度衰减模型、能量耗散模型、超声波声速变化规律模型等。
目前对于混凝土冻融破坏过程的认识基本一致，即认为混凝土冻融损伤破坏过程是混凝土内部微
单元体在膨胀压力和渗透压力两种破坏应力的作用下逐渐破坏失效的过程。Ｗｅｉｂｕｌｌ理论是一种广泛
应用于各种寿命试验的可靠性分析和寿命检验的理论。研究表明 ［８］ ，Ｗｅｉｂｕｌｌ分布同样可以较好的应
用于模拟混凝土冻融损伤及寿命预测。
物理模型的建立对冻融损伤模型的准确性至关重要，目前常见的对混凝土结构的损伤模型和寿命

收稿日期：２０２１ － １２ － １５；网络首发日期：２０２２ － ０７ － １４
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２２０７１４．１０４３．００２．ｈｔｍｌ
基金项目：辽宁省重点研发计划项目（２０２０ＪＨ２?１０１０００１６）
作者简介：杨冬鹏（１９８１ － ），博士，正高级工程师，主要从事水利工程科研与质量检测研究。Ｅ － ｍａｉｌ：５１７１９５７６６＠ｑｑ．ｃｏｍ
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