تحليل هزينه چرخه عمر ترك ناشي از خوردگي يكنواخت كلريدي در تير بتن آرمه

Life-cycle cost analysis of cracking in a reinforced concrete beam under uniform chloride corrosion

خوردگي آرماتور، فرآيندي پيچيده و از مهم‌ترين عوامل شكست سازه‌هاي بتن مسلح است كه باعث كاهش مقاومت و خدمت‌پذيري سازه مي‌گردد. عرض ترك يك پارامتر مهم براي طراحي و ارزيابي عملكرد سازه‌هاي بتني است. در اين مقاله ابتدا مدلي تحليلي براي محاسبه عرض ترك ناشي از خوردگي ارائه گرديد. پيش‌بيني ترك در مراحل مختلف در طول انتشار ترك از سطح ميلگرد تا سطح پوشش بتن مورد بررسي قرار مي‌گيرد. از جمله ويژگي بارز اين مدل اين است كه به طور مستقيم به فاكتورهاي بحراني موثر بر عرض ترك مربوط مي‌شود.‌ در ادامه ضمن در نظر گرفتن عرض ترك به عنوان متغيير تصادفي در محاسبه احتمال ترك خوردگي سازه‌هاي بتني كه بر اساس فرآيند تصادفي گاما صورت مي‌پذيرد، به بررسي هزينه‌هاي چرخه عمر و تعيين بازه بهينه تعمير از طريق فرآيند تجديد، پرداخته مي‌شود. همچنين اثر پارامترهاي سازه‌اي شامل قطر ميلگرد و نرخ خوردگي، بر احتمال گسيختگي سازه و هزينه‌هاي ناشي از خرابي در چرخه عمر بررسي مي‌شود. نتايج حاكي از آن است كه از بين اين پارامترها، نرخ خوردگي بيشترين تاثير را بر عرض ترك و هزينه چرخه عمر دارد.

Corrosion of rebar is a complex process and one of the most important factors of failure of reinforced concrete structures which reduces the strength and serviceability of the structures. The crack width is an important parameter for designing and evaluating the performance of concrete structures. This paper presents an analytical model to calculate the crack width caused by corrosion. Crack propagation due to corrosion product expansion was investigated at different stages across the concrete cover starting from the reinforcing bar-concrete interface through to the surface. A merit of this model is that it is directly related to the factors that affect the corrosion induced cracking process. Then, the predicted crack width was chosen as a random variable in the calculation of structural failure probability using a stochastic gamma process, after which life cycle costs and the optimum repair period were determined using a renewal process. Furthermore, the effects of structural parameters, including rebar diameter and corrosion rate, on the probability of failure and maintenance costs were investigated, indicating that crack width and life cycle costs are most significantly affected by corrosion rate. That is, a 16-times increase in corrosion rate results in 32 percent reduction in repair time. Moreover, it is to be noted that increasing the allowable fracture limit by 10 percent resulted in the doubling of optimum repair time. In other words, the optimum repair period is significantly affected by the allowed fracture limit which indicates the threshold for structural repair.