The reliability of reinforced concrete structures is frequently compromised by the deterioration caused by reinforcement corrosion. Evaluating the effect caused by reinforcement corrosion on structural behaviour of corrosion damaged concrete structures is essential for effective and reliable infrastructure management. In lifecycle management of corrosion affected reinforced concrete structures, it is difficult to correctly assess the lifecycle performance due to the uncertainties associated with structural resistance deterioration. This paper presents a stochastic deterioration modelling approach to evaluate the performance deterioration of corroded concrete structures during their service life. The flexural strength deterioration is analytically predicted on the basis of bond strength evolution caused by reinforcement corrosion, which is examined by the experimental and field data available. An assessment criterion is defined to evaluate the flexural strength deterioration for the time-dependent reliability analysis. The results from the worked examples show that the proposed approach is capable of evaluating the structural reliability of corrosion damaged concrete structures.
Life cycle performance of corrosion affected RC structures is an important and challenging issue for effective infrastructure management. The accurate condition assessment of corroded RC structures mainly depends on the effective evaluation of deterioration occurring in the structures. Structural performance deterioration caused by reinforcement corrosion is a complex phenomenon which is generally uncertain and non-decreasing. Therefore, a stochastic modelling such as the gamma process can be an effective tool to consider the temporal uncertainty associated with performance deterioration. This paper presents a time-dependent reliability analysis of corrosion affected RC structures associated bond strength degradation. Initially, an analytical model to evaluate cracking in the concrete cover and the associated loss of bond between the corroded steel and the surrounding cracked concrete is developed. The analytical results of cover surface cracking and bond strength deterioration are examined by experimental data available. Then the verified analytical results are used for the stochastic deterioration modelling, presented here as gamma process. The application of the proposed approach is illustrated with a numerical example. The results from the illustrative example show that the proposed approach is capable of assessing performance of the bond strength of concrete structures affected by reinforcement corrosion during their lifecycle.
Coelho, Karolinne O.;Leonel, Edson D.;Florez-Lopez, Julio
Computers and Concrete
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제29권1호
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pp.1-14
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2022
Several aspects influence corrosive processes in reinforced concrete (RC) structures such as environmental conditions, structural geometry and mechanical properties. Since these aspects present large randomnesses, probabilistic models allow a more accurate description of the corrosive phenomena. Besides, the definition of limit states in the reliability assessment requires a proper mechanical model. In this context, this study proposes a straightforward methodology for the mechanical-probabilistic modelling of RC structures subjected to reinforcements' corrosion. An improved damage approach is proposed to define the limit states for the probabilistic modelling, considering three main degradation phenomena: concrete cracking, rebar yielding and rebar corrosion caused either by chloride or carbonation mechanisms. The stochastic analysis is evaluated by the Monte Carlo simulation method due to the computational efficiency of the Lumped Damage Model for Corrosion (LDMC). The proposed mechanical-probabilistic methodology is implemented in a computational framework and applied to the analysis of a simply supported RC beam and a 2D RC frame. Curves illustrate the probability of failure evolution over a service life of 50 years. Moreover, the proposed model allows drawing the probability of failure map and then identifying the critical failure path for progressive collapse analysis. Collapse path changes caused by the corrosion phenomena are observed.
The galvanic corrosion of a vessel, or systems fitted to minimize the ship's corrosion such as ICCP(Impressed Current Cathodic Protection) system and sacrificial anodes, can lead to significant electrical current flow in the sea. The presence of vessel's current sources associated with corrosion will give rise to detectable electric field surrounding the vessel and can put it at risk from mine threats. For this reason, it is necessary to design corrosion protection systems so that they don't only prevent a hull corrosion but also minimize the electric field signature. In this paper, we describe theoretical backgrounds of underwater electric field signature due to corrosion and corrosion protection system on naval vessels and analysis results of the electric field according to ICCP anode arrangement.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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pp.657-666
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2020
A reliable and cost-effective technique for the development of corrosion damage model is introduced to predict nonlinear time-dependent corrosion wastage of steel structures. A detailed explanation on how to propose a generalised mathematical formulation of the corrosion model is investigated in this paper (Part I), and verification and application of the developed method are covered in the following paper (Part II) by adopting corrosion data of a ship's ballast tank structure. In this study, probabilistic approaches including statistical analysis were applied to select the best fit probability density function (PDF) for the measured corrosion data. The sub-parameters of selected PDF, e.g., the largest extreme value distribution consisting of scale, and shape parameters, can be formulated as a function of time using curve fitting method. The proposed technique to formulate the refined time-dependent corrosion wastage model (TDCWM) will be useful for engineers as it provides an easy and accurate prediction of the 1) starting time of corrosion, 2) remaining life of the structure, and 3) nonlinear corrosion damage amount over time. In addition, the obtained outcome can be utilised for the development of simplified engineering software shown in Appendix B.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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pp.645-656
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2020
In this study (Part II), the empirical formulation of corrosion model of a ship's ballast tank was developed to predict nonlinear time-dependent corrosion wastage based on the advanced data processing technique proposed by Part I. The detail on how to propose generalised mathematical formulation of corrosion model was precisely documented in the previous paper (Part I). The statistical scatter of corrosion data at any exposure time was investigated by the refined method and formulated based on a 2-parameter Weibull distribution which selected the best fit PDF. Throughout the nine (9) steps, empirical formulation of the ship's seawater ballast tank was successfully proposed and four (4) key step results were also obtained. The proposed method in Part I was verified and confirmed by this application of seawater ballast tank, thus making it possible to predict accurate behaviours of nonlinear timedependent corrosion. Developed procedures and obtained corrosion damage model for ship's seawater ballast tank can be used for development of engineering software.
Mikel Bengoetxea Aristondo;Kais Ammar;Samuel Forest;Vincent Maurel;Houssem Eddine Chaieb;Jean-Michel Mataigne
Corrosion Science and Technology
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제23권2호
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pp.93-103
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2024
In the present work, a phase-field model for dendritic solidification is applied to hot-dip ZnAlMg coatings to elucidate the morphology of zinc dendrites and the solute segregation leading to the formation of eutectics. These aspects define the microstructure that conditions the corrosion resistance and the mechanical behaviour of the coating. Along with modelling phase transformation and solute diffusion, the implemented model is partially coupled with the tracking of crystal orientation in solid grains, thus allowing the effects of surface tension anisotropy to be considered in multi-dendrite simulations. For this purpose, the composition of a hot-dip ZnAlMg coating is assimilated to a dilute pseudo-binary system. 1D and 2D simulations of isothermal solidification are performed in a finite element solver by introducing nuclei as initial conditions. The results are qualitatively consistent with existing analytical solutions for growth velocity and concentration profiles, but the spatial domain of the simulations is limited by the required mesh refinement.
Reinforcement corrosion is one of the major problems in the durability of reinforced concrete structures exposed to aggressive environments. Deterioration caused by reinforcement corrosion reduces the durability and the safety margin of concrete structures, causing excessive costs in managing these structures safely. This paper aims to investigate the effects of reinforcement corrosion on the load bearing capacity deterioration of the corroded reinforced concrete structures. A new analytical method is proposed to predict the crack growth of cover concrete and evaluate the residual strength of concrete structures with corroded reinforcement failing in bond. The structural performance indicators, such as concrete crack growth and flexural strength deterioration rate, are assumed to be a stochastic process for lifetime distribution modelling of structural performance deterioration over time during the life cycle. The Weibull life evolution model is employed for analysing lifetime reliability and estimating remaining useful life of the corroded concrete structures. The results for the worked example show that the proposed approach can provide a reliable method for lifetime performance assessment of the corroded reinforced concrete structures.
Richard, Benjamin;Quiertant, Marc;Bouteiller, Veronique;Delaplace, Arnaud;Adelaide, Lucas;Ragueneau, Frederic;Cremona, Christian
Computers and Concrete
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제18권3호
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pp.421-439
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2016
Corrosion of embedded reinforcing bars is recognized as being the major cause of deterioration of reinforced concrete structures. With regard to maintenance strategies of concrete nuclear structures, the monitoring of cracking remains of primary importance. Recently, authors have developed a post-treatment technique to extract crack features from continuous computations. In this paper, such technique is applied to carry out a numerical analysis of an accelerated corrosion test. Obtained results allow highlighting specific propagation and failure mechanisms that characterize corrosion-induced cracking.
Civil engineering infrastructure is aging and requires cost-effective maintenance strategies to enable infrastructure systems operate reliably and sustainably. This paper presents an approach for determining risk-cost balanced repair strategy of corrosion damaged reinforced concrete structures with consideration of uncertainty in structural resistance deterioration. On the basis of analytical models of cover concrete cracking evolution and bond strength degradation due to reinforcement corrosion, the effect of reinforcement corrosion on residual load carrying capacity of corroded reinforced concrete structures is investigated. A stochastic deterioration model based on gamma process is adopted to evaluate the probability of failure of structural bearing capacity over the lifetime. Optimal repair planning and maintenance strategies during the service life are determined by balancing the cost for maintenance and the risk of structural failure. The method proposed in this study is then demonstrated by numerical investigations for a concrete structure subjected to reinforcement corrosion. The obtained results show that the proposed method can provide a risk cost optimised repair schedule during the service life of corroded concrete structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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