据结构在其生命周期各个阶段所面临的风险以及功能要求的不同,建立综合考虑工程建造、结构使用和老化结构三个阶段的“全寿命周期综合设计”新理念。其中,对于结构的耐久性和结构健康监测的研究,构成了近年来结构工程研究发展的热点。
在结构耐久性的研究中,关于混凝土结构的耐久性研究引起了广泛的关注[20]。根据结构工作环境情况、破损机理、形态以及传统经验,可将混凝土结构的工作环境分成6大类:①大气环境;②土壤环境;③海洋环境;④受环境水影响的环境;⑤化学物质侵蚀环境;⑥特殊工作环境。混凝土结构产生耐久性失效,系源于混凝土在外部环境作用下,材料物理、化学性质渐渐的发生变化,从而导致结构承载能力逐渐退化,最终影响到整个结构的安全。其中,最普通、最严重的耐久性失效原因是氯化物侵蚀引起的锈蚀,其次是冻融侵蚀、硫酸盐侵蚀、碳化锈蚀和碱集料反应等[21]。
对混凝土结构耐久性的研究可以追溯到19世纪40年代。从20世纪80年代中期起,混凝土结构的耐久性设计方法成为研究的重点方向。1996年,RILEM的130-CSL委员会提出了《混凝土结构的耐久性设计》的报告,对基于劣化计算模型的混凝土结构耐久性设计方法作了全面和系统的论述。2001年,亚洲混凝土模式规范委员会公布了《亚洲混凝土模式规范》(ACMC2001),提出了基于性能的耐久性设计方法。2004年,由中国土木工程学会、清华大学等单位主编的《混凝土结构耐久性设计与施工指南》出版,较全面地提出了混凝土结构耐久性设计与施工的基本法则和方法。建立考虑多种因素的结构承载力和变形的经时变化模型,准确描述工程结构在使用周期中耐久性能的变化规律,是混凝土耐久性研究的重点、热点与难点。现有的混凝土结构耐久性的研究状况表明:目前的研究成果主要还局限在构件层次,结构层次上的耐久性研究,则刚刚起步。
对于大型复杂结构,通过建立健康监测系统,对结构的健康状况和安全性及时进行评定,是近10年来结构工程研究的另一个热点。在国际上,工程结构的健康监测技术研究起源于20世纪80年代初的加拿大和英国。这一技术的基本思想是通过对结构工作状态的测量和结构系统特性分析(包括结构动、静力反应分析),探测结构的状态变化,揭示结构的损伤与性能劣化。由于重大工程结构和城市生命线工程基础设施的服役年限较长,在服役期内要经受各种环境作用、腐蚀效应及材料