钢筋混凝土保护层锈裂行为的细观有限元模拟

为了研究混凝土材料非均匀特性对保护层锈裂行为的影响,基于蒙特卡罗方法建立了随机骨料模型,采用Matlab软件编写了骨料生成和投放代码,并考虑了界面层的影响.通过改变锈蚀层厚度,对钢筋锈胀引发的混凝土保护层开裂行为进行了细观有限元模拟.结果表明,混凝土内钢筋锈蚀产物膨胀具有非均匀性,砂浆与骨料的界面是钢筋混凝土保护层锈胀过程中的最薄弱环节.当锈蚀层的最大厚度为1.24μm时,界面开始产生裂缝,随后钢筋周围砂浆产生裂缝;当锈蚀层的最大厚度为9.00μm时,混凝土保护层表面出现裂缝,此时钢筋的有效锈蚀率仅为0.186%;当锈蚀层的最大厚度达到18.00μm时,混凝土中钢筋之间裂缝贯通,此时裂缝分布图与实测锈胀开裂相似,表明细观模拟计算可靠.     

腐蚀环境下钢筋混凝土的轴向受压承载力研究

通过预测混凝土碳化深度,钢筋的氯离子侵蚀速率及钢筋起始锈蚀时间,建立了腐蚀环境下钢筋混凝土承载力与时间之间的关系.通过算例分析混凝土保护层对钢筋混凝土承载力的影响,得到保护层厚度对钢筋混凝土承载力的影响规律,即钢筋混凝土保护层厚度的增加可以提高腐蚀后钢筋混凝土的承载力,主要原因为保护层厚度的增加推迟了钢筋起始锈蚀时间.并分析了钢筋质量损失率与时间的关系以及钢筋直径对钢筋锈蚀率的影响,得到了钢筋直径对钢筋锈蚀率的影响规律,即直径大的钢筋对锈蚀的抵抗能力更强,钢筋直径越大锈蚀率越低.     

钢筋非均匀锈蚀试验研究

设计了一种新的钢筋快速锈蚀试验方案,研究了钢筋非均匀锈蚀引起的混凝土保护层胀裂问题.试验现象表明,锈后试件的钢筋表面呈现明显坑蚀特点,且近保护层一侧的钢筋锈蚀更为严重;根据试验数据,利用统计回归分析的方法,给出了混凝土保护层出现可见裂缝时的钢筋锈蚀率与混凝土强度、钢筋直径及保护层厚度间的经验公式;数据分析表明,相对保护层厚度是决定混凝土开裂时钢筋锈蚀率的主要因素,而混凝土等级和钢筋直径对它的影响较小.     

水泥基材料裂缝对钢筋锈蚀过程的影响

裂缝的存在对混凝土中钢筋的锈蚀过程有重大影响,目前关于裂缝对钢筋锈蚀过程的影响程度有很多不同的观点.针对该问题,在实验室条件下利用模拟的海水氯盐环境对带裂缝的圆饼试验中铁丝的锈蚀过程进行了研究.研究首先将铁丝预埋入圆饼形砂浆试件,待试件具有一定强度后,利用机械方法在圆饼表面制造不同宽度的贯穿与非贯穿裂缝;然后通过比较裂缝底部暴露的铁丝表面和未暴露表面随时间的不同腐蚀程度来确定裂缝的存在对锈蚀过程的影响.研究表明:当贯穿裂纹的表面宽度为0.5mm时,锈蚀位置与裂缝位置的相关性大于60%;裂纹宽度为0.2mm时,两者的相关程度低于20%.     

钢筋混凝土结构锈胀开裂及裂缝扩展试验研究

采用加速腐蚀试验,系统地研究了钢筋直径、混凝土强度、腐蚀电流密度、保护层厚度、钢筋位置和类型等因素影响下钢筋混凝土锈胀开裂及裂缝扩展的规律.试验结果表明:腐蚀电流密度对锈胀开裂时间的影响最为显著,其他依次为钢筋直径、保护层厚度、混凝土强度;锈胀裂缝随时间增长呈线性增大趋势;各种因素对锈胀裂缝扩展的影响程度依次为腐蚀电流密度、保护层厚度、混凝土强度和钢筋直径;腐蚀电流密度越大、保护层厚度越小,锈胀裂缝扩展越快;混凝土强度等级越高、钢筋直径越小,锈胀裂缝扩展越缓慢.对比分析发现,钢筋位于上部和相同腐蚀电流下采用变形钢筋时,锈胀开裂晚且裂缝扩展更缓慢;钢筋位于角部时开裂早且裂缝扩展快.分析了各种因素影响机理并提出了提高耐久寿命的措施.     

碳纤维包裹条件下的钢筋锈蚀与混凝土保护层开裂

裂缝对钢筋混凝土构件在氯离子侵蚀条件下的耐久性影响较大,积极有效的控制构件裂缝可以提高构件的耐久性.通过理论分析探讨碳纤维约束条件下混凝土构件保护层纵向开裂时钢筋的锈蚀量、锈蚀率等之间的关系;讨论碳纤维约束下混凝土构件裂缝开展的形态.对混凝土保护层锈蚀胀裂破坏的弹性力学模型进行修正,建立碳纤维约束条件下混凝土保护层锈蚀胀裂时钢筋锈蚀量的计算模型,结果证明合理的碳纤维加固方式可以有效约束混凝土构件纵向裂缝的开展.     

钢筋混凝土梁裂缝分布受保护层厚度影响试验研究

通过12根保护层厚度不同的钢筋混凝土梁试验,量测了正常使用各级荷载下受拉区内不同高度梁侧面处的裂缝间距与裂缝宽度.分析了混凝土保护层厚度变化对平均裂缝间距和平均裂缝宽度的影响规律.结果表明:底面至侧面1.5as范围内,平均裂缝间距和平均裂缝宽度随保护层厚度c的增加而增加.确定了裂缝宽度最大值的出现位置:c=60～70 mm时在粱底面;c=40～50 mm时在梁底面,但梁腹处裂缝也有一定宽度;c=20～30 mm时在梁腹.研究了保护层厚度不同的钢筋混凝土梁受拉区范围内不同高度处与钢筋重心水平对应的混凝土侧表面裂缝宽度之间的比值关系,通过理论分析与试验数据拟合,提出了该比值的计算方法,比较结果表明计算值与实测值吻合较好.     

隧道衬砌锈蚀钢筋的热效应及红外检测方法

隧道衬砌受腐蚀环境、材料劣化以及地下水的影响,衬砌钢筋锈蚀将成为衬砌后期服役的主要病害之一,钢筋锈蚀以及产生的顺筋裂缝直接威胁衬砌的耐久性和安全性,为此,及时检测钢筋锈蚀程度十分重要。目前的检测方法以接触式测量为主,效率低,为探究非接触快速检测的可行性,采用室内试验和数值分析相结合的方法,深入研究了浅层钢筋锈蚀的热传导规律,分析了主动热激励条件下钢筋锈蚀程度和混凝土保护层厚度对衬砌表面温度场的影响规律。结果表明:主动热激励条件下锈蚀产物表面分布区在热像图中表现为高温区;钢筋锈蚀率为4.36%～23.16%时,衬砌表面温差为2.3℃～4.4℃;试件表面温差随钢筋锈蚀程度的增加而增大,呈现三次函数的关系;而混凝土保护层厚度与表面温差呈明显的负相关性,保护层厚度越大,温差越小。夏季时由于衬砌内外温差导致的热传导效应将在钢筋锈蚀位置的衬砌表面产生,通过红外热像仪检测衬砌表面的温度分布,结合衬砌表观特征,可以综合判定钢筋的锈蚀程度,为钢筋锈蚀的快速检测提供了新的方法和技术手段。     

剪切波沿钢筋纵向入射时钢筋与混凝土间黏结力拟静力解析解

为研究钢筋与混凝土之间黏结应力分布以及黏结应力和滑移量之间关系的理论,基于拟静力假定,从剪切波沿钢筋纵向入射时钢筋混凝土的弹性响应入手,运用线性本构滑移模型及弹性复势方法获得钢筋与混凝土界面滑移量与黏结力的封闭形式解答,并通过算例分析钢筋直径、混凝士动剪切模量、混凝土保护层厚度、箍筋直径及间距对滑移量及黏结力的影响规律.研究结果表明:当选用的钢筋直径越小时,钢筋与混凝土间黏结力越大而滑移越小;当钢筋直径越大时,则恰好相反;当动剪切模量越大时,钢筋与混凝土间黏结力及滑移量都越大,动剪切模量越小,则钢筋与混凝土间黏结力及滑移量越小;当混凝土保护层越厚时,钢筋与混凝土间黏结力越大;当混凝土保护层越薄时,则反之,而滑移量却没有明显变化;箍筋间距对黏结力及滑移量的影响很微弱;箍筋直径越大,黏结力越大,箍筋直径越小,则钢筋与混凝土间黏结力及滑移量越小,而滑移量没有明显变化.所得结果与试验结果相吻合,该封闭形式解答可为钢筋混凝土结构设计提供理论依据.     

铁路混凝土箱梁钢筋锈蚀后其挠度和 裂缝宽度取值研究

为了研究钢筋锈蚀下混凝土箱梁挠度和裂缝宽度的变化,基于梁截面平衡和变形协调,引入锈蚀钢筋混凝土梁非线性本构关系,建立了箱梁受弯挠度和裂缝宽度解析表达式。针对铁路简支箱梁算例,研究了混凝土性能退化和钢筋锈蚀对梁挠度和裂缝宽度的影响;并和铁路桥梁规范中挠度和裂缝宽度的规范值进行了对比分析。结果表明:混凝土性能的退化对梁挠度和裂缝宽度影响很小;锈蚀钢筋力学性能的退化和锈蚀黏结滑移对挠度和裂缝宽度具有较大影响。当锈蚀率小于1.5%时,挠度和裂缝宽度均小幅减小;当锈蚀率超过1.5%后,挠度和裂缝宽度随着锈蚀率的增加开始增大。针对规范中挠度和裂缝宽度公式,提出了锈蚀黏结滑移修正系数,修正后的规范值与解析解吻合良好。     

保护层对锈蚀钢筋混凝土梁裂缝的影响

沿海老旧建筑长期受高浓度氯离子侵蚀,破坏钢筋与混凝土间的黏结,严重影响构件的承载能力。为探索沿海建筑合理的保护层厚度,本文应用电化学原理,对11根前期浸泡在浓度为5%Na Cl溶液中的钢筋混凝土梁进行通电加速腐蚀。通过加载试验测量了裂缝宽度与开裂荷载,并与理论计算值对比分析,其结果比较吻合。结果表明:保护层厚度对试验梁裂缝开展起决定性作用,保护层越小裂缝开展越严重。     

钢筋非均匀锈蚀引起混凝土保护层内裂分析

根据自然环境下保护层锈胀开裂前的钢筋锈蚀形态,将锈蚀层简化为半椭圆状的非均匀分布,从而建立了钢筋非均匀锈蚀理论模型。经过求解得到了混凝土中锈胀应力理论解,并与有限元计算结果对比,验证了理论解的精确性。根据理论解可知最大周向应力在水平轴上,因此锈蚀层的发展会首先引起保护层内部水平裂纹的产生。增加钢筋直径可有效减低锈胀应力,提高结构抗锈裂的能力。与均匀锈蚀理论模型对比结果表明:均匀锈蚀要远小于非均匀锈蚀条件下的临界锈蚀层厚度,均匀锈蚀的计算结果偏于保守。因此,对锈胀问题进行理论分析时,应采用更接近真实锈蚀形态的非均匀锈蚀模型。     

复合超细粉混凝土护筋性能实验

结合某近海地区桥梁工程实例,采用人工加速锈蚀实验方法,对复合超细粉混凝土护筋性能进行研究.结果表明复合超细粉混凝土含筋试件锈蚀电流、最大裂缝宽度均低于普通混凝土试件,具有密实性高、护筋性能强特点,是解决近海地区钢筋盐腐蚀经济有效的措施之一.     

基于塑性损伤理论的钢筋混凝土锈胀裂纹模拟

基于混凝土的塑性损伤理论建立了钢筋混凝土保护层锈胀开裂的有限元模型.通过位移加载来模拟钢筋的锈胀作用,以最大应变作为混凝土损伤的判据,通过衰减混凝土弹性模量来实现混凝土损伤,研究了钢筋锈蚀引起的混凝土保护层内裂纹发生和扩展的轨迹.为了直观表示开裂轨迹,通过ABAQUS子程序USDFLD定义拉伸状态下的场变量f1,给出了内部裂纹、表面裂纹产生时对应的临界锈蚀率,探讨了钢筋直径、锈胀系数、保护层厚度对临界锈蚀率的影响.结果表明:侧向裂纹从混凝土内部钢筋表面开始扩展,竖向裂纹从混凝土保护层的外表面开始向内部扩展,且出现较晚;临界锈蚀率随着钢筋直径、锈胀系数的增大而减小,特别是锈胀系数的影响更显著,而...     

箍筋对混凝土构件锈胀开裂影响分析

基于混凝土中钢筋均匀锈蚀及锈蚀产物仅仅填充且填满锈胀裂缝的假设,考虑混凝土与钢筋介面锈蚀前后的变形协调条件,以及保护层裂纹界面的部分承载能力,建立了带箍筋混凝土构件锈胀开裂模型,并通过直流阳极极化加速锈蚀试验对模型进行了验证.对于箍筋间距100 mm及150 mm两种工况,裂纹宽度实测值与模型预测值具有较好的一致性.     

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.     

加速锈蚀与自然锈蚀钢筋混凝土梁受力性能比较分析

对自然锈蚀与外加电流加速锈蚀2种条件下的锈蚀钢筋及锈蚀钢筋混凝土梁进行了对比试验研究.从钢筋锈蚀特征、锈后力学性能、锈胀形态、锈蚀梁受弯性能以及破坏形态等方面进行了比较分析,并从电化学机理对2种锈蚀方式做出了阐释.结果证明,外加电流加速锈蚀法可以较好地表现锈蚀引起的结构性能劣化趋势,但由于锈蚀机理的不同,它与自然锈蚀在各个方面存在显著差异,在同等质量锈蚀率下自然锈蚀钢筋混凝土梁的极限变形能力退化更为明显,加速锈蚀钢筋混凝土梁的刚度退化更为明显.     

混凝土中钢筋的腐蚀机理与腐蚀速率控制研究

采用极化曲线和电化学阻抗谱法,研究了混凝土中钢筋在不同试验条件下的腐蚀机理及其腐蚀速率计算方法.结果表明:在自然腐蚀条件下,钢筋腐蚀反应过程受阳极反应控制,采用修正的双向线性极化电阻公式计算其腐蚀速率.然而在通电加速腐蚀条件下,钢筋的腐蚀反应过程受电化学和浓差极化混合控制,通过拟合弱极化曲线可以得到相对准确的极化电阻....     

基于半椭圆锈蚀模型的混凝土保护层锈胀开裂分析

钢筋锈蚀时锈蚀层的分布规律会因钢筋所处的位置不同具有差异性,为了分析非均匀锈蚀层分布的差异对混凝土保护层开裂的影响,基于钢筋锈蚀层半椭圆分布模型,对钢筋非均匀锈蚀情况下的混凝土保护层开裂过程进行了有限元分析,并与均匀锈蚀假定下的保护层开裂理论进行了对比.研究显示按照均匀锈蚀假定的计算结果与非均匀锈蚀假定具有较大误差,尤其是在边角区误差更为明显,考虑钢筋锈蚀的非均匀性更加符合实际.对影响保护层锈胀开裂的因素进行分析后发现,钢筋直径和保护层厚度对保护层锈胀开裂的影响较大,混凝土抗拉强度对保护层锈胀开裂的影响较小.