鉄筋コンクリート構造物の設計寿命はどのように計算されますか？

大規模な構造プロジェクトの仕様では、通常、構造に特定の設計寿命を持たせる必要があります。これは、50年、100年などです。

鋼の設計寿命に対応するには、この期間に予想される腐食に対応するために厚みを追加するだけです。この計算では、コーティングや鋼の種類に基づく変動も考慮されます。

歴史は、非鉄筋コンクリート構造物が数百年続くことができることを示しました。ローマ人には、パンテオンなどのいくつかの例があります。

鉄筋コンクリートの問題は、鉄筋が最終的に腐食し、サイズが拡大し、コンクリートにひびが入ることです。使用される集計に問題がある可能性もあります。

設計者は、鉄筋コンクリート構造物の寿命をどのように計算し、契約によって保証することができますか？

デザインライフは2つの異なるものの1つであり、互換性はありません。

「100年の設計寿命」への言及は、「100年に1年」の荷重ケース（風荷重、または高潮など）向けに設計されていることを意味する場合があります。これは、負荷の大きさを定量化する手段についてのみです。それは実際には構造の耐久性とは何の関係もありません、それは構造の強度についてです。

質問は別の問題について尋ねます-耐久性、特に鉄筋コンクリートの耐久性。これは通常、特定の環境での過去の経験を参照して定量化され、重大な劣化メカニズムがどのようなものである可能性が高いかを示し、次に標準ソリューションを参照するか、そのメカニズムの寿命の計算を行います。通常、計算はある程度経験的です。

「通常」の露出条件、「通常」の具体的な特性、および「通常」の設計寿命要件を持つ「標準」構造の場合、関連する設計コードに標準ソリューションがあり、おそらく単純にカバーする量を定義します設計寿命を満たす。「通常」を構成するものは、設計コードの管轄によって異なります-セメントのさまざまなブレンドが世界のさまざまな部分で利用可能であり、完全に温和な国の国家設計コードの「通常」は何ではありません熱帯または極地では「正常」。

たとえば、アラビア半島のスプラッシュゾーンの構造では、霜による攻撃は問題になりませんが、物理的な塩による攻撃（または塩の風化）は問題になります。フロストアタックとは、細孔や亀裂で凍結した水が膨張してコンクリートを破壊することです。塩風化は、塩水が吸い上げられ、塩の結晶が細孔内で成長し、コンクリートを破壊するような速度で蒸発する場所です。

設計者がローカルの設計ルールで「通常」と見なしていることから逸脱している場合、または環境が特に厳しい場合、または耐久性要件が非常に面倒な場合は、特定の計算が必要になります。

鉄筋コンクリートの最も一般的な障害は、金属補強材が腐食し始めることです。コンクリート中の鋼は、コンクリートのpHが非常に高いため腐食しません。また、高pH環境の鋼は「不動態化」され、腐食しません。しかし、時間の経過とともにゆっくりと大気からの二酸化炭素がコンクリートに拡散し、それを中和します。コンクリートの特性がわかっている場合は、それがどのくらいの速さで発生するかを予測できます（経験的経験を参照してください）。

通常実際に腐食を引き起こすのは、少なくとも海や他の塩分の多い環境-道路塩など）ですが、塩化物イオンが表面から拡散する塩化物による攻撃です。バーの表面での塩化物イオンの濃度が臨界値に達すると、腐食はすぐに保持されます。これを計算するには、（実験データから）表面の塩化物濃度を想定し、コンクリートの特性を知っていれば（実験データ、または塩化物イオンがどれだけ速く拡散するかをテストすることでテストできますが、コンクリートとして注意してください）年齢、その特性は変化し、それを考慮に入れる必要があります）、（経験的データから）臨界しきい値を知っています。

あなたのためにこの計算を行うLife-365という便利な無料プログラムがあり、それはAmerican Concrete Institute委員会から出ています。それはあなたのために塩化物拡散計算をし、グラフやものを描きます、そしてあなたがアメリカにいるならそれはあなたが組み込みが必要な経験的データさえも持っているのであなたは地域の状態が何であるかを調べる必要はありません。（私はプログラムを使用していますが、他の方法では関連付けられていません）。プログラムのマニュアルには、その背後にある科学の詳細な説明がありますが、最良のことは、それをいじって、何かを変えることが人生にどのような影響を与えるかを確認できることです。

計算を行っても十分な寿命が得られない場合は、補強材をより深く配置するか（塩化物が拡散するのに時間がかかる）、またはコンクリートが塩化物を拡散しにくいようにするか、またはより高い閾値の塩化物（ステンレスなど）を必要とする鉄筋を使用したり、鉄筋やコンクリートを表面処理したり、ガルバニックシステムや電気化学システム、腐食防止剤などを使用したりします。このようなものの多くは経験的なデータに戻ってきます-彼らはそれをテストしました、そしてあなたがxの量を入れればn年間腐食を防ぐことを示すテストデータを持っています。

建物の構造に関してこの質問に答えることはできません。しかし、私は鉄筋コンクリート舗装をすることができます。

他の回答に沿って、試験舗装の設計が考案され、設計寿命に対して評価されます。舗装に加わった荷重は、設計寿命における標準的な車軸の繰り返しで表されます。たとえば、舗装は、40年の設計寿命にわたって1x10 ⁵標準の車軸繰り返しに耐えるように設計されている場合があります。これはデザインの繰り返しと呼ばれます。

試験的な舗装が選択された後、舗装の許容繰り返しを決定する疲労解析が行われます。次に、設計反復が許容反復で除算され、累積損傷係数（CDF）として定義されたこの値が1.0未満の場合、舗装は設計寿命を超えません。

したがって、CDF = n / Nここで、n =設計の繰り返し、N =許容される繰り返し。他の用語を知っていれば、逆算して設計寿命を決定できることに注意してください。