近海环境下钢筋混凝土构件抗震性能演化规律

通过足尺锈蚀钢筋混凝土构件低周反复荷载试验,验证有限元模型的准确性和可靠性,采用精细化有限元方法,从混凝土碳化率和钢筋锈蚀率的角度,考虑混凝土碳化、钢筋锈蚀及其引起的黏结滑移性能退化等多因素耦合作用,研究近海大气环境下使用年限内,耐久性退化对构件抗震性能的影响规律和内在机理.研究结果表明:近海大气环境下,钢筋混凝土构件使用年限在30a内抗震性能变化不大;当使用年限超过30a时,抗震性能显著退化;当使用100a时,承载力降低41.5%,刚度约退化48.9%,延性降低45.5%,耗能能力降低49.6%.建议在对近海大气环境钢筋混凝土构件抗震设计时应考虑随使用年限的增长、耐久性退化对抗震性能的影响,从而保证结构良好的抗震性能.     

耐久性损伤耦合效应对钢筋混凝土框架节点抗震性能研究

目的研究耐久性损伤耦合效应对钢筋混凝土结构框架节点的抗震性能的影响.方法考虑非线性粘结滑移,利用ABAQUS有限元分析软件建立钢筋混凝土梁柱节点非线性模型,分析混凝土保护层碳化、梁纵筋锈蚀、冻融循环三者的耦合效应对钢筋混凝土梁柱节点抗震性能的影响.结果在三种损伤因素共同作用下,当钢筋的锈蚀率从5%增加到10%时,试件的累积耗能能力和极限位移全部发生急剧衰减,试件的抗震性能严重退化;在碳化、冻融及钢筋锈蚀率为10%的情况下,滞回曲线出现弓形,试件的承载力及延性均急剧下降;随着混凝土的碳化,试件承载力提高的同时延性在逐渐降低.结论无论钢筋锈蚀率、混凝土保护层的碳化或冻融循环次数,其中任何一种损伤量的增加,均会导致试件抗震能力的下降;而当三者同时作用时,对边节点的抗震性能影响最为严重.     

锈蚀钢筋混凝土框架节点抗震性能

目的找出轴压比和纵筋锈蚀率对钢筋混凝土框架节点抗震性能的影响规律.方法利用有限元分析软件ABAQUS模拟十字形钢筋混凝土梁柱节点.采用径向位移法,模拟钢筋对周围混凝土的锈胀作用,改变轴压比和钢筋锈蚀率,研究节点在低周反复荷载作用下抗震性能.结果相同轴压比下,与无锈蚀试件相比,当锈蚀率达到10%,试件承载力下降达40%,延性下降达20%;相同锈蚀率下,轴压比为0.4时,构件承载力、刚度、延性均有所提高.结论钢筋混凝土框架节点随着纵筋锈蚀率的增大,构件承载力降低,延性退化率逐渐增大.钢筋锈蚀严重影响结构的耐久性能,核心区无箍筋的锈蚀钢筋混凝土框架节点,适当地提高轴压比有利于提高框架节点的抗震性能.     

大气环境下锈蚀对钢筋混凝土结构可靠度的影响

研究了大气环境下钢筋混凝土结构可靠度的分析方法 ,计算了不同环境、不同混凝土强度及不同混凝土保护层厚度时构件的可靠度指标 .结果表明 ,在较为恶劣的环境条件下 ,混凝土强度和混凝土保护层厚度对钢筋混凝土结构可靠度有明显的影响 .因此 ,大气环境下钢筋混凝土结构的耐久性设计非常重要     

考虑钢筋锈蚀影响的桥梁综合时变地震易损性分析

传统的钢筋混凝土桥梁地震易损性分析一般只针对桥墩截面曲率等局部构件参数进行,且不考虑耐久性对结构性能的影响,具有一定的局限性.提出一种基于时变周期的桥梁地震易损性分析方法,能够计算复杂桥梁多维整体易损性.在此基础上,通过对钢筋黏结力和截面面积的修正,建立不同龄期桥梁有限元模型,可考虑耐久性降低对地震易损性的影响.通过基于周期和桥墩曲率的易损性分析,建立了考虑钢筋锈蚀影响的桥梁综合时变地震易损性分析方法.算例结果表明基于时变周期的锈蚀桥梁地震损伤值及相关易损性分析能准确细致地反映桥梁整体的损伤演变过程,在此基础上提出的不同服役年限下损伤指数比函数可以表征整体易损性的时变规律.     

近场地震作用下锈蚀钢筋混凝土桥墩的IDA分析

利用锈蚀钢筋混凝土柱的滞回试验结果,验证钢筋混凝土构件中锈蚀模型的正确性;利用钢筋混凝土框架的振动台试验结果,验证用OPENSEES程序进行钢筋混凝土结构非线性动力分析的可行性.在此基础上,从PEER地震数据库中选取了30条地震记录,采用OPENSEES建立弹塑性有限元动力分析模型,对钢筋锈蚀的钢筋混凝土桥墩在远场地震、近场非脉冲地震和近场脉冲地震作用下的性能进行非线性时程分析,研究桥墩柱在三类地震作用下的反应,以及钢筋锈蚀对结构地震响应的影响.针对近场脉冲地震对结构进行增量动力分析(Incremental dynamic analysis,IDA),得到结构的IDA曲线和近场地震作用下钢筋锈蚀对结构抗震性能的影响.分析结果表明,在考虑钢筋锈蚀因素时,近场脉冲地震对结构抗震性能影响最为显著,在结构抗震设计中应引起注意.     

锈蚀钢筋混凝土梁的裂缝研究

钢筋锈蚀是在当今世界引起混凝土结构耐久性损伤或破坏的首要因素,研究发现锈蚀钢筋混凝土构件粘结性能的退化对其裂缝特征有着显著的影响,随着粘结强度的降低,钢筋混凝土构件的裂缝宽度和平均裂缝间距都会增大。本文从钢筋锈蚀对混凝土构件的裂缝的影响出发,介绍了锈蚀钢筋混凝土梁的裂缝特征、形成原因以及现有的计算方法。     

一般大气环境下锈蚀RC框架梁恢复力模型

对5榀一般大气环境下锈蚀RC框架梁进行拟静力试验,分析锈蚀程度对RC框架梁滞回性能的影响.基于试验结果,结合完好RC框架梁骨架曲线特征点参数,得到锈蚀RC框架梁骨架曲线模型.引入基于能量耗散的循环退化指数βi,提出综合考虑锈蚀RC框架梁构件基本强度退化、软化段强度退化、卸载刚度退化和再加载刚度退化的滞回规则,进而建立适用于一般大气环境下锈蚀RC框架梁的恢复力模型.将建立的恢复力模型与试验滞回曲线进行对比,吻合情况良好,表明所建立的恢复力模型具有较高的精度,能较好地揭示一般大气环境下锈蚀RC框架梁的滞回特性.研究成果可为锈蚀RC结构弹塑性分析提供理论依据.     

震区中小跨径桥梁墩柱配筋率取值范围

为研究配筋率对钢筋混凝土桥梁延性抗震性能的影响,并在不同设防烈度对主筋配筋率的合理取值进行细分。以钢筋混凝土桥梁为研究对象,通过拟静力模型试验与有限元数值分析的方法,研究竖向钢筋(主筋)配筋率对桥墩延性的影响,提出典型桥墩的多级性能水平量化指标;并探究在氯离子侵蚀的恶劣环境下,不同配筋率对桥梁抗震性能所带来的影响,从而对氯离子侵蚀环境下的震区中小跨径桥梁墩柱配筋率取值范围提供参考建议。结果表明：考虑氯离子侵蚀作用下的恢复力模型能够较好地反映刚度的退化特性,墩柱的最佳配筋率取值范围为1.11%～2.72%;当加速度为0.3g(g为重力加速度)时,仅从配筋率的角度已无法满足墩柱的损伤指标,建议采用减隔震体系进行抗震设计,如采用延性体系时配筋率不得小于2.64%。研究结果可为中小跨径连续桥梁抗震设计提供参考。     

不同轴压比装配式RC圆柱抗震性能分析

为研究轴压比对装配式全灌浆套筒连接高强混凝土圆柱抗震性能的影响,采用有限元软件ABAQUS建立装配式钢筋混凝土(RC)圆柱的数值分析模型,并进行验证.在试验参数的基础上,扩大数值模型轴压比的取值范围,研究轴压比对装配式RC圆柱的承载能力、刚度退化及延性性能等抗震性能指标的影响规律.结果表明:模拟得到的破坏形态、骨架曲线与试验结果基本吻合,且精度较高;当轴压比由0.20增至0.90时,试件的屈服荷载、峰值荷载均随轴压比增大而增大,延性性能反而降低,试件的极限位移由67.50 mm减少至31.76 mm,降低约53%;当轴压比大于0.90时,试件的承载能力、延性性能均随轴压比的增加而降低.因此,轴压比对装配式RC圆柱抗震性能的影响较大,在较高轴压比下,装配式RC圆柱仍具有较好的抗震性能.     

近海大气环境下RC结构钢筋锈蚀程度预测

钢筋锈蚀是影响近海大气环境下RC结构使用寿命的重要因素之一。为研究近海大气环境下混凝土碳化与氯离子侵蚀双重作用对钢筋锈蚀的影响,对沿海地区不同龄期钢筋混凝土结构进行了工程实测,包括混凝土抗压强度、碳化深度、钢筋表面氯离子浓度及锈蚀深度。基于实测结果,拟合得到了混凝土碳化深度与抗压强度间的关系模型,建立了同时考虑混凝土碳化深度与钢筋表面氯离子浓度的钢筋锈蚀深度预测模型。在此基础上,利用Abaqus分析软件对不同龄期、轴压比的RC框架柱进行了损伤塑性分析,得到了锈蚀RC框架柱抗震性能随服役龄期与轴压比的变化规律。     

混凝土劣化对结构性能的影响

结构耐久性破坏现象普遍而严峻，耐久性研究具有必要性和紧迫性，其中，钢筋锈蚀和冻融循环是造成结构耐久性损伤的2大主要因素。文章针对这2种因素，总结了当前混凝土劣化对结构性能影响的一些研究成果，初步探讨了多因素对结构性能的影响，指出结构耐久性研究应结合材料学科和结构学科2方面进行，从单因素确定性的分析向多因素耦合且不确定性分析转化，在研究结构安全耐久性的同时，应加强结构适用耐久性以及适用耐久性与安全耐久性的耦合问题的研究，侧重研究材料性能的退化对结构构件承载力、刚度和延性的影响。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗冲击荷载数值模拟研究

为研究冲击作用下锈蚀钢筋混凝土梁的力学性能与破坏模态,本文通过Fujikake等进行的混凝土梁冲击试验,校核了有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立的钢筋混凝土梁结构精细化有限元模型的冲击力时程曲线、跨中位移时程曲线和破坏模态的准确性。在已验证有限元模型的基础上,研究钢筋锈蚀率对混凝土梁抗冲击性能的影响。有限元分析表明：混凝土构件在冲击作用下导致的混凝土剥落程度随钢筋锈蚀率的增加而增加。各冲击高度下的锈蚀钢筋混凝土梁均表现出弯曲破坏特征。钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件的抗冲击性能具有一定的影响,在相同落锤冲击高度下,冲击力峰值随钢筋锈蚀率的增大逐渐减小,跨中位移随钢筋锈蚀率的增大而增大。当冲击高度为3.0m时,锈蚀率为30.0%时的冲击力峰值降低到未锈蚀时的17.9%,跨中位移为增加到未锈蚀时的33.3%。     

硫酸铵腐蚀环境下的混凝土碳化深度试验研究与应用

硫酸盐腐蚀是影响混凝土结构耐久性能的重要化学劣化因子之一。以赣南离子型稀土开采残留硫酸铵的环境问题为背景,通过实验室快速碳化试验研究硫酸铵溶液浓度对混凝土碳化深度的影响规律。结果表明:硫酸铵溶液浓度越大,相同强度等级的混凝土在相同碳化龄期的碳化深度与碳化速率越大。根据试验结果建立了硫酸铵腐蚀环境下混凝土碳化深度预测模型,对该环境下混凝土最小保护层厚度取值提出了建议。     

腐蚀环境中荷载作用对钢筋混凝土梁腐蚀的影响

对空气、淡水和盐水环境中的钢筋混凝土梁进行了静动力试验,测定了空气、淡水环境和盐水环境中静力荷载、高周疲劳荷载所引起的钢筋混凝土梁腐蚀电位的变化,进而推断静力荷载、高周疲劳荷载对钢筋腐蚀的影响．结果表明：腐蚀环境和荷载作用对构件钢筋的腐蚀都有明显的影响,且腐蚀环境和荷载作用对钢筋腐蚀有耦合作用;盐水环境中钢筋的腐蚀速度快于淡水中的腐蚀速度,疲劳荷载作用下钢筋的腐蚀速度快于同幅度静力荷载作用下的腐蚀速度．对于实际工程中的结构,限制和减轻腐蚀环境与荷载作用的耦合,是提高结构耐久性的一个重要方面．     

一般大气环境中混凝土桥梁长期受力性能分析

一般大气环境中混凝土桥梁性能衰变与碳化和受力作用引起的材料损伤有较大的相关性.为定量分析这两种作用对混凝土桥梁长期性能的影响,总结归纳了材料损伤的数学模型,建立了混凝土桥梁长期性能演变分析方法,并编制了相应的有限元程序.以一座预应力混凝土简支梁为分析对象,研究模型梁在一般大气环境下的长期性能演变规律.结果表明,碳化作用和受力作用均对桥梁长期性能产生明显的影响,使截面有效受力面积减少,结构受力性能衰变;综合考虑碳化作用和受力损伤时跨中断面的截面损失率、挠度和抗弯承载力退化均大于仅考虑碳化作用时的情况.     

在役混凝土构件耐久性的评判准则

针对在役混凝土结构的主要特征、损伤状况、破坏情形及其耐久性的基本特点,将混凝土构件耐久性评定指标分为定性指标和定量指标两大类.分析定性指标中的环境条件、钢筋锈蚀程度,以及定量指标中混凝土碳化深度、混凝土保护层厚度、裂缝宽度、钢筋锈蚀量和构件承载力衰减等影响混凝土构件耐久性的因数,设计各指标的评定方法,并制定相应的评定标准.建立在役混凝土构件耐久性的系统评判模型,以供在役混凝土构件的损伤判别、耐久性失效评定.     

沿海混凝土结构耐久性现场试验方法的优选

为了有效地进行沿海混凝土结构的耐久性检测与评估,通过分析和对比目前国内外混凝土结构常见的耐久性检测方法,结合沿海混凝土结构的特点,提出了一种对沿海混凝土结构进行检测与评估的实用方法.该方法通过人工环境室内加速与现场取样检测、现场暴露试验等,建立人工气候环境与自然环境条件下混凝土结构性能劣化的相似关系,从而通过短期实验实现对新建或待建结构的耐久性评估与寿命预测.为今后对混凝土结构耐久性进行有效的评估提出了一种新的思路.并以一实际工程的耐久性试验方案为例,分析了该方法的具体实施过程.     

负载钢筋混凝土梁钢筋锈蚀及使用性能试验研究

通过对负载下锈蚀、不负载锈蚀梁和一组参考梁的对比试验,研究了荷载对钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀及钢筋混凝土梁变形性能和剩余承载力的影响．整个锈蚀试验过程中施加的持续荷载为极限荷载的0％、25％、45％和65％．通过交替喷洒3．5％的盐水来模拟海洋潮汐环境．采用外加电流来加速钢筋锈蚀．整个试验过程中检测梁的挠度,达到预定的时间后进行剩余承载力试验．结果表明,荷载对钢筋锈蚀有明显影响,荷载作用使梁锈蚀加速,梁的挠度增大,剩余承载力减小．由于钢筋混凝土结构一般都是负载工作的,所以对钢筋混凝土结构使用寿命进行预测时,应考虑使用荷载和暴露环境对结构耐久性能的影响．