基于復(fù)變函數(shù)逼近的鋼筋腐蝕電化學(xué)特征時域分析方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于復(fù)變函數(shù)逼近的鋼筋腐蝕電化學(xué)特征時域分析方法。首先，給定待分析的電化學(xué)等效電路，進而建立腐蝕電化學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；其次，采用分式多項式的復(fù)變函數(shù)迭代逼近傳遞函數(shù)；第三，在滿足給定精度的前提下，將所確定的分式多項式進行分解，并對各分項進行Laplace逆變換，從而得到時域響應(yīng)計算公式；最后，可根據(jù)需求隨意給定待分析的電化學(xué)等效電路，對傳遞函數(shù)中各參數(shù)進行分析。本發(fā)明相較于傳統(tǒng)的方法具有能夠分析所有復(fù)雜等效電路的功能，此外能夠在時域內(nèi)實現(xiàn)快速分析；此外，所建立的復(fù)變函數(shù)逼近算法，同樣可應(yīng)用于電子、電氣、粘彈性材料本構(gòu)等更廣闊的領(lǐng)域。
【專利說明】基于復(fù)變函數(shù)逼近的鋼筋腐蝕電化學(xué)特征時域分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于復(fù)變函數(shù)逼近的鋼筋腐蝕電化學(xué)特征時域分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因其取材容易、成本較低，在我國建筑結(jié)構(gòu)中得以廣泛的應(yīng)用。鋼筋腐蝕是降低鋼混結(jié)構(gòu)耐久性并造成重大損失的最主要原因。Metha教授曾經(jīng)指出，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的因素復(fù)雜，但主要原因有3個，包括鋼筋腐蝕、冰凍損害和服役環(huán)境的耦合作用，其中鋼筋腐蝕因素位居首位。美國調(diào)查資料顯示美國有253000座鋼筋混凝土橋梁內(nèi)部縱筋出現(xiàn)嚴重的腐蝕；日本由于鋼筋腐蝕引起的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損壞約占21.4%，大量的海工結(jié)構(gòu)因C1-的侵蝕服役20年左右性能便急劇惡化，日本政府每年要花費400億日元用于建筑結(jié)構(gòu)的加固改造，給國民經(jīng)濟造成嚴重影響；我國僅2002年底公路危橋就達9597座。近期，我國再次投入數(shù)以萬億計的資金發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，占據(jù)相當(dāng)比例的鋼混結(jié)構(gòu)的耐久性問題，勢必成為影響國民經(jīng)濟發(fā)展和社會和諧穩(wěn)定的戰(zhàn)略性課題。鋼筋腐蝕的危害之大出乎人們意料，隨著全球氣候與環(huán)境的惡化，這一問題勢必呈現(xiàn)出日益加劇的態(tài)勢，鋼混結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕問題正引起全世界廣泛關(guān)注。
[0003]混凝土中鋼筋腐蝕過程本質(zhì)上是電化學(xué)過程，因此電化學(xué)理論成為研究鋼筋腐蝕的直接、本質(zhì)的方法，而基于電化學(xué)理論的鋼筋腐蝕監(jiān)測的實現(xiàn)還有待于關(guān)鍵科學(xué)問題的突破。國內(nèi)外針對鋼筋腐蝕機理的揭示、電化學(xué)特性的表征腐蝕測量器件等進行了大量探索，并取得了豐碩成果，這些研究為全面、深入掌握鋼筋腐蝕特征奠定了堅實基礎(chǔ)。然而，腐蝕監(jiān)測是依據(jù)鋼筋腐蝕過程中所體現(xiàn)出的電化學(xué)特征，識別鋼筋所處腐蝕狀態(tài)的過程，這與通常大量的腐蝕電化學(xué)特性的研究具有本質(zhì)區(qū)別。綜上，目前針對鋼混結(jié)構(gòu)的鋼筋腐蝕問題已經(jīng)進行了大量探索，還處于研究腐蝕特征的階段。
[0004]等效電路(Equivalent Circuit, EC)是腐蝕電化學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，通過建立鋼混體系合理的EC，進而應(yīng)用其解析鋼混體系在給定激勵作用下的響應(yīng)，即可明確鋼筋腐蝕的特征。在給定激勵下，應(yīng)用通用等效電路R。((RctZw) ZCPE解析鋼混體系腐蝕電化學(xué)特征的相關(guān)研究，主要集中于頻域及時域內(nèi)。時域測試方法具有儀器設(shè)備簡單、測試周期短等明顯優(yōu)勢，然而一直以來腐蝕電化學(xué)系統(tǒng)時域響應(yīng)的準確分析存在較大困難。主要問題在于表征鋼筋混凝土鋼筋腐蝕的等效電路中包含彌散和擴散項，其中彌散效應(yīng)主要是由于鋼混界面的非均質(zhì)性引起，而擴散項主要由于陰極反應(yīng)的02受控于其在混凝土內(nèi)的擴散過程。彌散效應(yīng)的存在導(dǎo)致腐蝕電化學(xué)傳遞函數(shù)中包含常相位角元件(Constant Phase Element,CPE)，該元件的阻抗表達式的指數(shù)中包含待定參數(shù)，從而進一步導(dǎo)致傳遞函數(shù)無法應(yīng)用傳統(tǒng)的快速傅里葉或Laplace逆變換的其時域響應(yīng)，最終無法對腐蝕電化學(xué)傳遞函數(shù)的時域響應(yīng)進行分析。
[0005]為此，采用復(fù)變函數(shù)逼近論解決上述關(guān)鍵問題，為分析含彌散與擴散項的腐蝕電化學(xué)傳遞函數(shù)提供可行方法，具有重要的理論與實用價值和廣闊的應(yīng)用前景。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于復(fù)變函數(shù)逼近的鋼筋腐蝕電化學(xué)特征時域分析方法。本方法采用復(fù)變分式多項式函數(shù)在頻域內(nèi)逼近鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕電化學(xué)傳遞函數(shù)，進而采用Laplace逆變換獲得傳遞函數(shù)在時域內(nèi)的響應(yīng),從而實現(xiàn)時域響應(yīng)的參數(shù)影響分析方法。
[0007]一種基于復(fù)變函數(shù)逼近的鋼混結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕電化學(xué)特征的時域分析方法，如下:
[0008](1)建立RJO^ZJZcpe等效電路的傳遞函數(shù)如下:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種基于復(fù)變函數(shù)逼近的鋼混結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕電化學(xué)特征的時域分析方法，其特征在于:(1)建立R。((Rctzw)ZCPE等效電路的傳遞函數(shù)如下:
【文檔編號】G01N17/02GK103698266SQ201310667532
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】喬國富, 李惠, 歐進萍, 關(guān)新春 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)