철근 콘크리트 구조물의 설계 수명은 어떻게 계산됩니까?

대규모 구조 프로젝트의 사양은 일반적으로 구조에 특정 설계 수명이 필요합니다. 50 년, 100 년 등이 될 수 있습니다.

강철의 설계 수명을 수용하는 것은이 기간 동안 예상되는 부식 을 설명하기 위해 두께를 추가하는 것만 큼 간단 할 수 있습니다 . 이 계산은 또한 코팅 또는 강철 유형에 따른 변형을 고려합니다.

역사에 따르면 철근 콘크리트 구조물은 수백 년 동안 지속될 수 있습니다 . 로마인들은 판테온 과 같은 몇 가지 예를 가지고 있습니다 .

철근 콘크리트의 문제점은 결국 철근이 부식 되어 크기 가 커지고 콘크리트가 갈라질 수 있다는 것입니다. 사용 된 집계에 문제가있을 수도 있습니다.

설계자는 철근 콘크리트 구조물의 수명을 어떻게 계산하고 보장 할 수 있습니까?

설계 수명은 서로 다른 두 가지 중 하나 일 수 있으며 상호 교환 할 수 없습니다.

'100 년의 설계 수명'은 '1-100 년'로드 사례 (풍하중 또는 조력 서지 등)를 위해 설계되었음을 의미 할 수 있습니다. 이것은 로딩의 크기를 정량화하는 수단에 관한 것입니다. 그것은 실제로 구조물의 내구성과 관련이 없으며 구조물의 강도에 관한 것입니다.

이 질문은 내구성, 특히 철근 콘크리트의 내구성과 같은 다른 문제에 대해 묻습니다. 중요한 열화 메커니즘이 무엇인지 알려주는 특정 환경에서의 과거 경험을 참조하여 정상적으로 정량화 한 다음 표준 솔루션을 참조하거나 해당 메커니즘의 수명을 계산합니다. 계산은 일반적으로 어느 정도 경험적입니다.

'보통'노출 조건, '보통'콘크리트 특성 및 '보통'설계 수명 요구 사항을 갖춘 '표준'구조의 경우 관련 설계 코드에 표준 솔루션이있을 것입니다. 디자인 수명을 만족시킵니다. '정상'을 구성하는 것은 디자인 코드의 관할권에 달려 있습니다. 세계 각지에서 다른 시멘트 혼합물을 사용할 수 있으며 온전한 국가의 국가 디자인 코드에 대해 '정상'은 ' 열대 또는 극지방에서 정상입니다.

예를 들어, 아라비아 반도의 스플래시 구역 구조에서 서리 공격은 문제가되지 않지만 물리적 소금 공격 (또는 소금 풍화)은 문제가됩니다. 냉기 공격은 모공과 균열에서 물이 얼어 붙어 콘크리트가 부서지는 곳입니다. 소금 풍화는 짠 물이 사악 해지고 기공 내에서 소금 결정이 자라며 콘크리트를 파괴하는 속도로 증발하는 곳입니다.

설계자가 로컬 설계 규칙이 '정상'으로 간주하는 것을 벗어나거나 환경이 특히 공격적이거나 내구성 요구 사항이 지나치게 거칠다면 구체적인 계산이 필요합니다.

철근 콘크리트의 가장 일반적인 실패는 금속 철근이 부식되기 시작한다는 것입니다. 콘크리트의 pH는 매우 높기 때문에 콘크리트의 강철은 부식되지 않으며 pH가 높은 환경의 강철은 '패시베이션'되어 부식되지 않습니다. 그러나 시간이 지남에 따라 대기의 이산화탄소가 콘크리트로 확산되어 중화됩니다. 콘크리트의 특성을 알고 있다면 경험적 경험을 참조하여 얼마나 빨리 발생하는지 예측할 수 있습니다.

그러나 일반적으로 부식을 유발하는 것 (적어도 해양 또는 기타 염분 환경 (예 : 도로 소금))은 염화물 이온이 표면에서 확산되는 염화물 공격입니다. 막대 표면의 염화물 이온 농도가 임계 값에 도달하면 부식이 곧 보류됩니다. 표면에서 염화물 농도 (경험적 데이터)를 가정하고 콘크리트의 특성 (경험적 데이터 또는 염화물 이온이 얼마나 빨리 확산되는지 테스트하여 콘크리트의 특성을 알고 있지만이를 콘크리트로 인식 할 경우이를 계산할 수 있습니다. 연령, 특성이 변하고이를 허용해야하며, 경험적 데이터에서 임계 임계 값을 알아야합니다.

Life-365 라고하는이 계산을 수행하는 편리한 무료 프로그램이 있으며 American Concrete Institute위원회에서 나옵니다. 그것은 당신을 위해 염화물 확산 계산을하고, 그래프와 물건을 그리고, 당신이 미국에 있다면 그것은 당신이 내장 해야하는 경험적 데이터를 가지고 있기 때문에 당신은 현지 조건이 무엇인지 찾을 필요가 없습니다. (나는 프로그램을 사용하지만 그렇지 않으면 관련이 없습니다). 프로그램 매뉴얼에는 과학에 대한 자세한 설명이 있지만, 가장 좋은 점은 단지 그것을 가지고 놀고 인생에 어떤 변화가 미치는 영향을 볼 수 있다는 것입니다.

당신이 종아리를하고 충분한 생명을 얻지 못한다면, 보강재를 더 깊게 (염화물이 확산되는 데 시간이 더 오래 걸리거나) 콘크리트가 그것을 통해 확산되는 염화물에 더 저항력이있게 만들거나 더 높은 임계 값의 염화물 (스테인리스, 예를 들어)이 필요한 바를 사용하거나 바 또는 콘크리트를 표면 처리하거나 갈바니 또는 전기 화학 시스템, 부식 방지제 또는 기타 재료를 넣습니다. 이 많은 것들이 경험적 데이터로 돌아옵니다. 그들은 테스트를 거쳤으며, x의 양을 넣으면 n 년 동안 부식을 방지 할 수있는 테스트 데이터를 가지고 있습니다.

나는 건물 구조의 관점 에서이 질문에 대답 할 수 없습니다. 그러나 철근 콘크리트 포장도 가능하지만 여전히 관심을 가질만한 부분입니다.

다른 답변에 따라 시험 포장 디자인을 고안 한 다음 디자인 수명에 대해 평가합니다. 포장 도로에서 이탈 한 하중은 설계 수명 동안 표준 차축 반복으로 표시됩니다. 예를 들어, 포장은 40 년의 설계 수명 동안 1x10 ⁵ 표준 차축 반복 을 견딜 수 있도록 설계 될 수 있습니다 . 이것을 디자인 반복이라고합니다.

시험 포장이 선택된 다음 포장의 허용 가능한 반복 을 결정하는 피로 분석이 수행 됩니다. 그런 다음 설계 반복을 허용 가능한 반복으로 나누고 누적 손상 계수 (CDF)로 정의 된이 값이 <1.0 인 경우 포장은 설계 수명 동안 유지됩니다.

따라서 CDF = n / N 여기서 n = 설계 반복, N = 허용 반복. 다른 용어를 알고 있으면 설계 수명을 결정하기 위해 역 계산을 수행 할 수 있습니다.