(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211070890.4 (22)申请日 2022.09.02 (71)申请人 北京科技大 学 地址 100083 北京市海淀区学院路3 0号 (72)发明人 纪洪广　张春瑞　付桢　张月征　 (74)专利代理 机构 北京市广友专利事务所有限 责任公司 1 1237 专利代理师 张仲波　付忠林 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与 寿命预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种腐蚀环境中地下工程结 构服役状态仿真与寿命预测方法， 包括： 针对待 仿真的地下工程结构， 基于系统动力学方法， 构 建工程结构服役状态预测系统动力学模型； 其 中， 该模型包括地质 环境子系统、 混凝土服役子 系统、 钢筋服役子系统和结构可靠度子系统； 基 于构建的模型动态模拟腐蚀环境中地下工程结 构的服役状态， 得出预设指标随时间的变化趋 势， 以预测出腐蚀环境中地下工程结构的服役寿 命， 以及腐蚀环境中地下工程结构 的可靠度。 本 发明可以宏观的预测工程结构的服役过程， 得出 各指标随时间的变化趋势， 为结构防护措施提供 依据， 以期为制定服役动态管 理提供理论参考和 借鉴。 权利要求书3页 说明书10页 附图3页 CN 115422639 A 2022.12.02 CN 115422639 A 1.一种腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法， 其特征在于， 所述腐 蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法包括： 针对待仿真的地下工程结构， 基于系统动力学方法， 构建工程结构服役状态预测系统 动力学模 型； 其中， 所述工程结构服役状态预测系统动力学模 型包括地质环境子系统、 混凝 土服役子系统、 钢筋服役子系统和结构可靠度子系统； 基于所述工程结构服役状态预测系统动力学模型， 动态模拟腐蚀环境中地下工程结构 的服役状态， 得出预设指标随时间的变化趋势， 以预测出腐蚀环境中地下工程结构的服役 寿命， 并动态预测出腐蚀环境中地下工程结构的可靠度。 2.如权利要求1所述的腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法， 其特 征在于， 所述构建工程结构服役状态预测系统动力学模型， 包括： 确定工程结构服役状态预测系统动力学模型中各子系统中的因素； 确定工程结构服役状态预测系统动力学模型中各子系统因素之间的反馈关系， 确定各 子系统间的反馈关系， 构建模型的因果回路图； 确定工程结构服役状态预测系统动力学模型中各子系统 因素变量类型； 确定工程结构服役状态预测系统动力学模型中各子系统相关因素之间的方程， 构建模 型的存量 流量图。 3.如权利要求2所述的腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法， 其特 征在于， 所述地质环境子系统中的因素包括： 地层温度、 化学离子浓度、 地层环 境风险度、 反 应时间以及化学反应速度； 所述混凝土服役子系统中的因素包括： 混凝土损伤变化率、 混凝土损伤变化量、 混凝土 损伤程度、 初始损伤、 密实度变化率、 配合比、 纤维掺量、 密实度变化量、 养护时间、 混凝土密 实程度、 腐蚀厚度变化 率、 腐蚀厚度变化 量、 粗糙度、 混凝 土厚度、 渗透时间以及渗透 速度； 所述钢筋服役子系统中的因素包括： 钢筋损伤变化率、 钢筋损伤变化量、 钢筋损伤程 度、 钢筋强度、 膨胀应力、 预应力、 钢筋尺寸、 腐蚀速度、 锈蚀厚度变化率、 锈蚀厚度变化量以 及钢筋腐蚀程度； 所述结构可靠度子系统中的因素包括： 断面尺寸、 安全尺寸、 配筋比、 可靠度变化率、 可 靠度变化 量以及结构可靠度。 4.如权利要求3所述的腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法， 其特 征在于， 所述因果回路图中包括： 混凝土服役反馈回路、 钢筋 服役反馈回路以及结构服役反 馈回路； 其中， 所述混凝土服役反馈回路和所述钢筋 服役反馈回路为负反馈回路， 所述结构 服役反馈回路为 正反馈回路； 所述混凝土服役反馈回路的内容为： 离子浓度增加或地层温度增加导致混凝土腐蚀速 度增加， 混凝土腐蚀速度增加 导致混凝土损伤度增加， 混凝土损伤度增加 导致混凝土密实 度减小， 混凝土密实度减小导致混凝土腐蚀程度增大， 混凝土腐蚀程度增大导致离子浓度 增加； 所述钢筋服役反馈回路的内容为： 混凝土腐蚀程度增加导致钢筋腐蚀程度增加， 钢筋 腐蚀程度增加 导致离子浓度增加， 离子浓度增加 导致钢筋腐蚀速度增加， 钢筋腐蚀速度增 加导致膨胀应力增加， 膨胀应力增加 导致钢筋损伤度增加， 钢筋损伤度增加 导致钢筋腐蚀 程度增加；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115422639 A 2所述结构服役反馈回路的内容为： 混凝土腐蚀程度增加导致钢筋腐蚀程度增加， 钢筋 腐蚀程度增加 导致断面尺寸减小， 断面尺寸减小导致结构可靠度减小， 结构可靠度减小导 致混凝土腐蚀程度减小。 5.如权利要求4所述的腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法， 其特 征在于， 所述因素变量类型包括状态变量、 速率变量、 辅助变量以及常数变量； 其中， 所述状 态变量表示累计程度， 所述速率变量表示 随着时间的推移使水平变量的值增加或减少， 所 述辅助变量描述决策过程中状态变量和速率变量之 间的信息传递和转换过程的中间变量， 所述常数变量是研究期间保持不变或变化 程度小于预设阈值的量； 所述混凝土损伤程度、 混凝土密实程度、 混凝土腐蚀程度、 钢筋损伤程度、 钢筋腐蚀程 度、 钢筋强度、 断面尺寸和结构可靠度属于状态变量； 所述地层环境风险度、 渗透速度、 化学反应速度、 腐蚀速度、 混凝土损伤变化率、 混凝土 损伤变化量、 腐蚀厚度变化量、 密实度变化量、 钢筋损伤变化量、 锈蚀厚度变化量、 锈蚀厚度 变化率和可靠度变化 量属于速率变量； 所述密实度变化 率、 钢筋损伤变化 率和可靠度变化 率属于辅助变量； 所述化学离子浓度、 地层温度、 初始损伤、 纤维掺量、 配合比、 粗糙度、 配筋比、 安全尺 寸、 混凝土厚度、 钢筋尺寸、 膨胀应力、 预应力、 养护时间、 渗透时间和反应时间属于常数变 量。 6.如权利要求5所述的腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法， 其特 征在于， 所述各子系统相关因素之间的方程包括： 在所述地质环境子系统中： 地层环境 风险度＝(化学离 子浓度+地层温度)/反应时间； 化学反应速度＝(化学离 子浓度+地层温度)/反应时间+渗透 速度； 地层温度、 化学离 子浓度和反应时间为常数； 在所述混凝 土服役子系统中： 混凝土损伤变化 率＝化学反应速度+地层环境 风险度； 混凝土损伤变化 量＝混凝土损伤程度*混凝 土损伤变化 率； 密实度变化 量＝(密实度变化 率*混凝土密实程度)+(纤维掺 量+配合比 )/养护时间； 混凝土密实程度＝ INTEG(密实度变化 量‑混凝土损伤程度,3 0)； 混凝土损伤程度＝ INTEG(混凝 土损伤变化 量,初始损伤)； 腐蚀厚度变化量＝腐蚀厚度变化率*(混凝土腐蚀程度+粗糙度)/密实度变化量*混凝 土厚度； 渗透速度＝( ‑混凝土密实程度+混凝土腐蚀程度/混凝土厚度+钢筋腐蚀程度/钢筋尺 寸)/渗透时间； 混凝土腐蚀程度＝ INTEG(腐蚀厚度变化 量,0)； 初始损伤、 密实度变化率、 配合比、 纤维掺量、 养护时间、 粗糙度、 混凝土厚度和渗透时 间为常数； 在所述钢筋服役子系统中： 钢筋损伤变化 量＝钢筋损伤变化 率*(钢筋损伤程度+膨胀应力)； 钢筋损伤程度＝ INTEG(钢筋损伤变化 量+钢筋腐蚀程度,0)；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115422639 A 3