本项目以滨海环境桥梁的桥墩为工程背景，通过理论、试验和数值模拟相结合的方法，探索在干湿循环和腐蚀环境长期影响下钢筋混凝土桥墩抗侧向冲击能力的退化及其计算。 通过制作8根混凝土墩柱试件进行通电加速腐蚀后拟静力加载试验，研究获得腐蚀钢筋混凝土墩柱承受不同形式荷载作用下的性能变化，分析研究初始损伤裂缝、混凝土强度、保护层厚度及钢筋直径对保护层内裂纹萌生、扩展及混凝土力学性能的影响。 用有限元软件Open Sees和DIANA分别对墩柱建立纤维模型单元和二维平面应力单元模型，用不同方法考虑钢筋腐蚀，分析获得钢筋腐蚀对钢筋混凝土墩柱滞回曲线，骨架曲线，耗能能力，延性，刚度退化，刚度退化等力学性能的影响。 通过以干湿循环和氯离子浓度为控制指标，基于试验研究干湿循环和腐蚀环境对混凝土材料性能的影响，并通过落锤冲击试验完成15根不同腐蚀状况的钢筋混凝土墩柱的抗侧向冲击性能的试验研究。 通过考虑混凝土墩柱的材料率效应，钢筋腐蚀力学性能退化，钢筋混凝土腐蚀粘结性能退化以及冲击侵彻性能，分析得到腐蚀钢筋混凝土墩柱的极限状态计算方法。 利用ANSYS/LS-DYNA对试验进行数值模拟，通过钢筋力学性能的退化模拟钢筋腐蚀作用，综合分析获得腐蚀率和不同腐蚀形式对钢混墩柱抗侧向冲击性能的影响。在此基础上进行拓展，分析支座形式、混凝土强度、主筋腐蚀率、撞击速度和次数以及撞击接触面结构形式等各个因素对其抗侧冲击性能的影响。 使用支持向量机方法对重复荷载下受腐蚀的钢筋混凝土构件的力学性能进行研究。获得了基于机理建模的分段型和整体型的回归公式以及基于黑箱建模的承载力预测模型以及最大裂纹宽度、跨中挠度和刚度的黑箱预报模型。使用支持向量机方法对受腐蚀钢筋混凝土柱的冲击性能进行了预报，包括单一通电加速和干湿循环锈蚀的锈蚀率预预测、冲击荷载下的钢筋应变和混凝土应变。 本项目研究获得干湿循环和氯离子腐蚀对钢筋混凝土桥墩抗侧向冲击性能的影响，建立干湿循环和腐蚀环境长期影响下钢筋混凝土桥墩抗侧向冲击动态极限承载力计算，为处于滨海环境遭撞击受损的钢筋混凝土桥墩剩余承载力评估以及新建桥墩设计提供参考。 2100433B

以滨海环境桥梁的桥墩为工程背景，拟通过理论、试验和数值模拟相结合的方法，探索在干湿循环和腐蚀环境长期影响下钢筋混凝土桥墩抗侧向冲击能力的退化及其计算。以干湿循环制度和氯离子浓度为控制指标，基于试验研究干湿循环和腐蚀环境对混凝土材料性能的影响；以落锤冲击试验获得桥墩模型在冲击过程的应变时程曲线，由此计算割线斜率并将其等效为平均应变率。.以应变率为关键指标，基于CEB推荐的率型经验公式确定钢筋和混凝土的动态强度以及混凝土动态断裂应变，以抗拉区边缘混凝土动态断裂应变为承载力极限状态，建立材料的动态本构关系，确立钢筋混凝土桥墩在侧向冲击荷载下的动态极限承载力计算模型。利用数值模拟方法，将模型试件层次的研究结果拓展到构件，建立干湿循环和腐蚀环境长期影响下钢筋混凝土桥墩抗侧向冲击动态极限承载力计算，为处于滨海环境遭撞击受损的钢筋混凝土桥墩剩余承载力评估以及新建桥墩设计提供参考。

干湿循环服役环境是混凝土结构最典型、最严酷、最容易引发混凝土耐久性问题的外部环境。工程实践表明，混凝土结构在干湿循环下破坏的主要形式是初期的结构表面有限条数的宏观裂缝的形成和后期有害介质沿裂缝渗入引发二次化学反应，致使破坏模式逐渐发展成面层混凝土剥离、脱落、钢筋外露。鉴于此，本项目拟从研究现代混凝土干湿循环环境下失水收缩和吸水肿胀的内因- - 水分含量出发，通过研究水分变化与体积变形的关系，建立能够统一描述失水收缩和吸水肿胀的物理模型。通过同时测定干湿循环下混凝土试件的自由变形和内部湿度变化，深入研究混凝土干湿循环条件下的变形规律，揭示其变形产生的内部机制，为建立统一的缩胀预测模型提供理论依据。同时本研究还将建立干湿循环下混凝土水分变化预测计算模型和相应的收缩、湿胀应力计算模型，并分析干湿循环参数、混凝土强度等级对胀缩应力的影响。以期实现干湿循环环境下混凝土结构表层开裂的预测、预防与控制。

工程实践表明，混凝土结构开裂大多是由非荷载因素，即结构内温度及水分变化引发的混凝土体积膨胀或收缩，约束条件下导致结构内拉应力大于材料抗拉强度所致。水既是水泥水化的必需物质，同时也和多数混凝土性能的衰退过程相关联。而导致混凝土内部水分发生剧烈变化的外部环境最典型的是干燥与湿润交替的环境，即通常所说的干湿循环环境。因此，混凝土结构在干湿循环下服役的环境通常被认为是最典型、最严酷、最容易引发混凝土耐久性问题的外部环境。本项目针对干湿循环环境下混凝土性能衰退研究中存在的问题，在申请人已完成的“现代混凝土材料自身收缩与干燥收缩一体化研究”基础上，将研究范围由混凝土单调干燥扩展到干湿循环，研究干湿循环环境下混凝土的变形及其引发的内应力问题。研究从混凝土干湿循环环境下失水收缩和吸水肿胀的内因—“水分含量”出发，通过研究水分变化与体积变形的关系，建立了能够统一描述失水收缩和吸水肿胀的物理分析模型；通过测定混凝土试件的自由变形和内部湿度、温度变化，揭示其变形产生的内部机制；在此基础上，建立了干湿循环下混凝土结构水分变化预测计算模型和相应的收缩应力计算模型，研究了干湿循环参数、混凝土强度等级对胀缩应力的影响。与此同时，开展了现代混凝土自身与干燥收缩调控研究，提出了以预吸水多孔陶粒与面层永久性纤维水泥模板为技术基础的普通与高强混凝土收缩调控措施，大幅度降低了中低强度混凝土干燥收缩的致裂风险和高强、超高强混凝土自身收缩的致裂风险。通过对本项目研究结果总结，共发表各类文章19篇，其中SCI期刊论文13篇，EI期刊论文6篇。

混凝土结构在大气环境中通常认为是耐蚀的，但在实际使用过程中，由于受环境因素的影响，会形成多种腐蚀形式，根据腐蚀机理分，其腐蚀形式可分为：物理作用、化学腐蚀、微生物腐蚀，

(1)物理作用。物理作用是指在没有化学反应发生时，混凝土内的某些成分在各种环境因素的影响下，发生溶解或膨胀，引起混凝土强度降低，导致结构受到破坏。物理作用按照对混凝土影响的人小排序依次为：冻融循环、干湿循环和磨损。

冻融循环：由于混凝土是多孔隙结构，在循环的冻融（冰冻侵蚀）作用下易于损坏。过冷的水在混凝土中迁移引起的水压力以及水结冰产生体积膨胀，对混凝土孔壁产生拉应力造成内部开裂。

干湿循环：根据已有的金属腐蚀电化学理论，对于极为干燥的状态；混凝土内缺乏钢筋腐蚀电化学反应所必须的水分，因此腐蚀无法进行；对于极为湿润的状态，混凝土内部的孔隙充满了水，此时钢筋的腐蚀速度由氧气在水溶液中的极限扩散电流密度所控制；对于干湿交替状态，由于干燥和湿润的交替进行，使得混凝土内部相对既不非常干燥也不非常湿润，这样氧气的供应相对较为充裕，同时又能降低混凝土的电阻率，故将导致较高的钢筋腐蚀速度。

磨损破坏：路面、水工结构等受到车辆、行人及水流夹带泥沙的磨损，使混凝土表面粗骨料突出，影响使用效果。当混凝土表面受到冲击、磨擦、切削等磨蚀破坏作用时，与混凝土耐磨相关的最大剪应力发生在表面以下的次表面层．磨蚀破坏的作用力首先破坏混凝土表面的水泥石，集料逐渐凸出程度的增加，受磨蚀的作用力不断加大，磨蚀速度随之增加。由此可见，如果混凝土水泥石含量较大，混凝土中集料与水泥石的磨蚀破坏难以趋于半衡，水泥路面的磨耗也会持续下去。

(2)化学腐蚀。化学腐蚀是指混凝土中的某些成分与外部环境中腐蚀性介质（如酸、碱、盐等）发生化学反应生成新的化学物质而引起混凝土结构的破坏。从破坏机理上来分，化学腐蚀可归纳为两大类：溶解性侵蚀和膨胀性侵蚀。常见的化学腐蚀有：硫酸盐腐蚀、碱一骨料反应、碳化现象、氯离子侵蚀。

硫酸盐腐蚀：硫酸盐腐蚀是化学腐蚀中最广泛和最普遍的形式。

碱一骨料反应：碱一骨料反应是指来自混凝土中的水泥、外加剂、掺合剂或搅拌水中的可溶性碱（钾、钠）溶于混凝土孔隙中，与骨料中有害矿物质发生膨胀性反应，导致混凝土膨胀开裂破坏。

碳化现象：空气中二氧化碳与水泥石中的碱性物质相互作用，降低混凝土的碱度，破坏钢筋表面的钝化膜，使混凝土失去对钢筋的保护作用。同时，混凝土碳化还会加剧混凝土的收缩，这些都可能导致混凝土的裂缝和结构的破坏。

氯离子侵蚀：氯离子到达混凝土钢筋表面，吸附于局部钝化膜上，降低了pH值，破坏钢筋表面的钝化膜，使钢筋表面形成电位差。氯离子将促进腐蚀电池，却不会被消耗，降低阴阳极之间的欧姆电阻，加速电化学腐蚀过程。

(3)微生物腐蚀。微生物腐蚀有相当的普遍性，凡是与水、土壤或潮湿空气相接触的设施，都可能遭受到微生物的腐蚀。生物对混凝土的腐蚀大致有两种形式：①生物力学作用。生长在基础设施周围的植物的根茎会钻人混凝土的孔隙中，破坏其密实度。②类似于混凝土的化学腐蚀。典型的是硫化细菌在它的生命过程中，能把环境中的硫元素转化成硫酸。