مدل سازی وایبل جهت تحلیل عمر خستگی میلگرد های فولادی

مدل سازی وایبل عمر خستگی میلگرد های فولادی با در نظر گرفتن اثرات ناشی از خوردگی

Weibull modeling of the fatigue life for steel rebar considering corrosion effects

چکیده

خوردگی میلگرد های فولادی یکی از مهمترین دلایل تخریب RCها (بتن تقویت شده) است. این مقاله تأثیر خوردگی را روی عمر خستگی سازه های بتنی تقویت شده با فولاد مطالعه می کند. ابتدا، یک مدل Weibull برای رابطه C-S-N (S-N خوردگی) میلگرد فولادی پیشنهاد شده است. میزان خوردگی و محدوده تنشی به عنوان متغیرهای ورودی این مدل در نظر گرفته شد.

الگوریتم احتمال وقوع- بیشینه سازی (EM) برای پرداختن به مسئله تخمین پارامتر مورد استفاده قرار گرفت. داده های خستگی از آزمایش های گزارش شده در منابع به دست آمدند که مربوط به سه نوع میلگرد فولادی خورده شده، و فرایندهای خوردگی مختلف است. این داده ها برای اعتباربخشی به مدل پیش بینی شده استفاده شده و تأثیر خوردگی بر عمر خستگی نشان داده شده و به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته است. مدل سازی وایبل برای ارزیابی عمر خستگی میلگرد فولادی در خوردگی طبیعی و مصنوعی استفاده می شود که تأثیرات خوردگی روی خستگی میلگرد فولادی را به طور مقداری نشان می دهد.

نتایج نشان می دهند که تأثیر خوردگی روی عمر خستگی برای انواع مختلف میلگردهای فولادی مشابه نیست. برای مثال، این مدل نشان داد که عمر خستگی میلگرد فولادی نوع ۵۰۰ MPa که در سازه های مدرن استفاده می شود، نسبت به خوردگی حساس تر بوده و با آغاز خوردگی به شدت کاهش می یابد. علاوه بر این، در محدوده های تنش پایین این مسئله مشهودتر است. بنابراین، به منظور جلوگیری از شکست های ناشی از خستگی، اجتناب از خوردگی میلگرد نوع ۵۰۰MPa در حین کار سازه امری حیاتی است.

جهت دانلود ترجمه تخصصی و فارسی این مقاله می توانید وجه آنرا پرداخت نموده و بلافاصله دریافت نمایید.

ABSTRACT

Corrosion of steel rebar is one of the most severe causes in the deterioration of RC (reinforced concrete) structures. This paper studies the influences of corrosion on fatigue life of steel reinforcement in RC structures. First, a Weibull model of the C-S-N (Corrosion S-N) relationship for steel rebar is proposed in this research. The corrosion degree and stress range are regarded as the input variables for the proposed Weibull model.

The expectation–maximization (EM) algorithm is used to deal with parameter estimation considering the censored data. Fatigue data are collected from experiments reported in the literature for three types of corroded steel rebar, considering different corrosion processes. These data are then used to establish and validate the proposed model, and the influence of corrosion on fatigue life is illustrated and discussed in detail. The proposed multiparameter phenomenological Weibull model can be used to evaluate the fatigue life of steel rebar for both natural corrosion and artificially accelerated corrosion, which establishes quantitative influences of corrosion degree on fatigue life for steel rebar.

In particular, the results indicate that the influence of corrosion on fatigue life is not the same for different kinds of steel rebar. For example, the model shows that the fatigue life of Grade 500 MPa steel rebar, which is used widely in modern structures, is shown to be sensitive to corrosion; fatigue life decreases sharply once corrosion initiates. Moreover, the effect is more pronounced at lower stress ranges. Therefore, to prevent premature fatigue induced failures, avoiding corrosion in Grade 500 MPa steel rebar during the structural service period is crucial.