基于数值模拟的锈蚀钢筋力学性能退化分析

建立不同锈蚀率锈蚀钢筋的分析模型,采用数值模拟的方法分析锈蚀钢筋力学性能的退化规律.分析结果表明:锈蚀钢筋的力学性能会随着钢筋锈蚀程度的增加而大幅退化.钢筋的屈服强度、极限强度、伸长率均随钢筋截面损失率按线性规律衰减.钢筋锈蚀后名义屈服强度、名义极限强度衰减的主要原因是由于钢筋受力面积由于锈损大幅减小;伸长率降低除受截面积减小影响外还受应力集中的影响.     

锈蚀钢筋蚀坑特征分析及其对力学性能的影响

通过对126根锈蚀钢筋进行拉伸试验,研究了蚀坑特征及其锈蚀后力学性能。研究发现,锈蚀钢筋最大名义屈服强度较标准试件提高了7.65%,伸长率下降最大可达52.94%;锈蚀钢筋拉伸试验后断口形态为锯齿式断口和劈裂式断口;蚀坑最大深度、宽度、长度分别不超过8,15,16mm,并且三者的对数值与质量锈蚀率呈线性关系,深宽比与质量锈蚀率呈指数关系。还建立了与深宽比均值相关的名义屈服强度的退化模型和计算模型。     

混凝土结构中钢筋锈蚀不均匀性对其力学性能退化的影响

试验获取锈蚀钢筋试件,借助三维激光扫描建立其实体模型,并进行拉伸试验。通过实体模型精确获取试件残余横截面积分布,建立分段积分模型进行数值拉伸计算并与试验结果对比分析,研究锈蚀不均匀性对锈蚀钢筋力学性能退化的影响。结果发现,沿钢筋长度方向的不均匀性可用区段最大与最小残余横截面积比值μ作为量化参数。随锈蚀发展,不均匀锈蚀系数μ值逐渐增大。然而,剔除锈蚀不均匀性影响后,锈蚀钢筋的屈服强度、极限强度、弹性模量以及极限应变等材性参数没有随锈蚀发展而降低的趋势。基于残余截面积排序的线性简化,以μ为自变量,推导出锈蚀钢筋各个名义材性参数的解析计算公式。显示名义屈服强度、名义极限强度以及名义极限应变均随锈蚀不均匀性增大而显著降低,但严重坑蚀时不能忽略应力集中和周向不均匀锈蚀的不利影响。随锈蚀不均匀性发展,名义弹性模量与强化模量有轻微降低,拉伸曲线的屈服平台逐渐倾斜,并在μ达到约1.1的临界值时融入强化段,宏观屈服平台消失。     

重复拉伸荷载下锈蚀钢筋力学性能及本构关系研究

通过锈蚀钢筋重复拉伸荷载试验,分析了重复拉伸荷载作用下锈蚀对钢筋力学性能的影响,并建立了锈蚀钢筋本构关系模型.试验表明,重复荷载作用下,随着锈蚀率的增大,钢筋力学性能退化,变形能力下降,屈服平台逐渐缩短甚至消失;耗能性能降低,破坏时更加表现为脆性断裂,使得结构在地震发生时更易出现脆性破坏,甚至突然倒塌.基于试验成果本文建立了锈蚀钢筋应力-应变本构关系模型,研究成果可为锈损结构耐久性、残余承载力及抗震性能评估提供技术依据.     

钢筋宏电池腐蚀锈坑尺寸的二维模型

钢筋混凝土耐久性研究中有关钢筋锈蚀量计算的现有模型或是针对钢筋横截面损失率(含锈蚀深度)或是只给出了阴阳极电流密度(腐蚀速度)的计算公式.这样的结果对常规静载作用下的钢筋混凝土构件是可信的,但当结构构件承受的是疲劳荷载时,这些结论公式是否仍然可用有待深入的研究.本文对混凝土中的钢筋经受宏电池(局部)锈蚀并因此产生局部锈坑的描述方法进行了研究,提出了钢筋宏电池腐蚀锈坑尺寸的二维模型.     

锈蚀钢筋压屈应力-应变本构关系模型研究

采用电化学加速试验方法获得216根锈蚀钢筋试件,对锈蚀钢筋试件进行压屈试验,分析钢筋长细比(长度与直径之比)和锈蚀率对锈蚀钢筋压屈应力-应变关系曲线、名义压屈强度等的影响.结果表明:随着质量锈蚀率的增大,锈蚀钢筋名义压屈强度逐渐降低;当长细比≤15时,长细比对锈蚀钢筋名义压屈强度影响不明显;当长细比15时,长细比对锈蚀钢筋名义压屈强度影响显著.锈蚀钢筋名义压屈应力-应变曲线表现出三种形态特征,根据三种曲线特征建立了锈蚀钢筋名义压屈应力-应变本构关系的统一模型,提出了考虑长细比与质量锈蚀率影响的锈蚀钢筋名义压屈强度计算公式,计算值与试验结果符合较好.     

钢筋宏电池腐蚀锈坑的二维模型及其断裂性能

钢筋的疲劳断裂行为与其裂纹周边的局部性能密切相关,为了研究产生宏电池腐蚀后钢筋的疲劳断裂性能,本文在试验研究的基础上提出了钢筋产生局部锈蚀后纵向锈坑尺寸的二维模型;基于理论分析得到了用于表征钢筋局部锈坑处Ⅰ型裂纹端点区域应力应变场强度的应力强度因子表达式.     

锈蚀钢筋混凝土偏心受压柱承载力试验研究

试验研究了低锈蚀率钢筋对偏心受压构件承载力的影响.将4根钢筋混凝土柱置于湿盐砂中外通直流电加速锈蚀,锈蚀完毕后与3根未锈蚀柱进行偏心受压试验,试验在5 000 kN长柱试验机上进行.另外对锈蚀钢筋进行了拉伸试验.结果表明,偏心距较小时,锈蚀柱截面应变仍符合平截面假定;偏心距相同时锈蚀柱的承载力及刚度比完好柱明显降低.锈蚀钢筋的名义屈服强度、名义极限强度随锈蚀率呈线性降低;随钢筋锈蚀率增大,钢筋的延性降低更快.     

室内外2种环境下锈蚀钢筋的物理力学试验分析

为研究室内潮湿环境和室外露天环境下自然状态锈蚀钢筋的物理力学性质变化情况,在停工时间长达4年的工程现场分别选取室内外环境下2种不同公称直径的热轧带肋钢筋进行锈蚀率和拉伸强度试验.根据试验结果对比分析了室内外环境和不同公称直径大小钢筋的锈蚀率、断后伸长率和拉伸强度的变化规律;拟合出了钢筋锈蚀率与名义屈服强度和名义极限强度...     

锈损冷成型钢表面形貌及力学性能

为研究锈蚀对冷成型钢表面形貌特征和力学性能的影响,对工业环境下服役10 a的冷成型钢进行表面三维形貌扫描、单调拉伸试验和断口扫描,得到了锈蚀钢材表面二维和三维形貌图、锈蚀损伤参数、应力-应变曲线、力学性能指标以及微观断口形貌图,并分析了锈蚀损伤参数、力学性能指标的变化规律,最后建立了锈蚀冷成型钢材料本构模型.结果表明:随着锈蚀程度增加,钢材表面蚀坑数量减少且蚀坑形貌发生明显变化,均匀锈蚀所占比例、最大蚀坑深度逐渐增大,锈蚀钢材表面变得越来越粗糙;弹性模量、屈服强度、极限强度、断后伸长率随材料损失率的增加呈线性下降趋势,屈服平台变短甚至消失,宏、微观断口形貌变化明显,并且所建立的本构模型能够精准地反映锈蚀冷成型钢应力-应变曲线的变化趋势.     

基于概率密度演化理论的锈蚀钢梁时变可靠度分析

为了得到锈蚀钢梁时变可靠度,对9组试件分别开展了加速腐蚀试验和单调拉伸试验.测得了锈蚀深度三维坐标数据和锈蚀钢材名义屈服强度,统计分析了锈蚀深度和名义屈服强度概率模型.建立了锈蚀钢梁功能函数,结合概率密度演化理论得到了锈蚀钢梁时变失效概率和可靠指标,并与蒙特卡洛方法(MCS)计算结果进行了对比.结果表明:钢板表面锈蚀深度和名义屈服强度服从正态分布;随着腐蚀时间增加,锈蚀深度均值和标准差不断增大;随着失重率增加,名义屈服强度均值不断减小而标准差不断增大;概率密度演化方法与MCS计算结果较接近,说明本文提出的方法的有效性;锈蚀深度和强度的随机性对锈蚀钢梁可靠度影响较大.     

锈蚀钢筋混凝土梁的力学性能及拱效应分析

对锈蚀率为0%,3%,6%,9%,12%,15%,18%的钢筋混凝土梁进行力学试验,分析试验梁的挠度、钢筋应变等指标随荷载及锈蚀率的变化规律,揭示不同锈蚀率钢筋混凝土梁受荷过程钢筋应力传递规律,以及荷载等级、钢筋锈蚀率与锈蚀钢筋混凝土梁的拱效应关系.结果表明:钢筋锈蚀会引起钢筋与混凝土间粘结性能退化,钢筋应力呈现由跨中向两端传递的趋势,锈蚀梁承载机理趋于拱效应,锈蚀钢筋混凝土梁的拱效应随着荷载等级与钢筋锈蚀率的增加而增强.     

锈蚀钢筋混凝土梁静承载力性能试验

通过对7根钢筋混凝土梁的静载试验,分析剪跨比和钢筋锈蚀率对试验梁的承载力、荷载-挠度曲线、钢筋和混凝土应变变化等力学性能的影响.结果表明,剪跨比仍是决定钢筋锈蚀梁性能的主要因素,钢筋锈蚀程度并不改变其破坏类型,但钢筋锈蚀严重时会出现由适筋破坏向少筋破坏转变的现象.随着钢筋锈蚀程度的增加,钢筋混凝土梁的承载力和整体刚度均...     

锈蚀钢筋应力-应变关系研究

从三种途径获取共267根锈蚀钢筋试件，其中，156根试验室外加电流锈蚀钢筋试件，35根大气环境自然裸露锈蚀钢筋试件，76根实际工程老构件中锈蚀钢筋试件．通过拉伸试验，研究了锈蚀钢筋力学性能变化规律，指出随着锈蚀的发展，钢筋屈服强度、极限强度、极限应变均发生退化，屈服平台缩短直至消失．同时，收集国内外已有锈蚀钢筋力学性能试验数据，建立了相应的数据库，经过统计、分析、比较后，得出了锈蚀钢筋弹性模量、屈服强度、极限强度、极限应变等力学性能特征值的回归公式和屈服平台消失时的临界截面锈蚀率．最后建立了不同环境条件下锈蚀钢筋的应力-应变关系数学模型．     

交变荷载与腐蚀环境耦合作用下拉索钢丝腐蚀行为特征及预测

为探究和预测交变荷载和腐蚀环境耦合作用下拉索钢丝的腐蚀行为,通过加速试验制定不同锈蚀等级下的钢丝锈蚀图例,测量了相应锈蚀等级下锈蚀钢丝失重量、名义抗拉强度和断后延伸率,使用图像小波分解技术探讨了HSV和RGB色彩模式在表征钢丝锈蚀图像整体颜色与局部边缘轮廓特征方面的适应性,分析了不同锈蚀等级下钢丝锈蚀图像小波系数分量的L1范数均值和L1范数百分比与锈蚀钢丝平均失重量的相关性,建立了钢丝平均失重量的预测模型。研究发现:交变荷载和盐雾环境耦合作用下拉索钢丝呈现出明显的局部坑蚀现象,且钢丝名义抗拉强度和断后延伸率均随锈蚀失重量的增加而减小;钢丝腐蚀形态的改变主要体现在腐蚀钢丝表观颜色浓度和亮度的改变,而HSV色彩模式中的饱和度分量可较好地反映钢丝锈蚀图像整体颜色的变化,RGB色彩模式中的蓝色分量可较好地反映钢丝锈蚀图像局部蚀坑周围局部亮度的变化;拉索钢丝腐蚀图像与腐蚀失重量、名义抗拉强度之间存在良好的线性回归关系,可用于预测钢丝锈蚀失重量和名义抗拉强度。     

碳纤维布加固对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响

正确评估FRP(Fiber Reinforced Polymer)加固对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响是确定FRP加固效果的重要问题之一.本文采用外加电流加速腐蚀法对96个预埋钢筋的试件进行腐蚀,腐蚀完成后横向包裹2层单向碳纤维布;通过拉拔试验研究了碳纤维布加固、钢筋种类、保护层厚度及腐蚀率对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响规律,探讨了拉拔破坏机理.研究表明:(1)碳纤维布约束使螺纹钢筋试件破坏模式由混凝土劈裂破坏转变为钢筋拔出破坏;(2)钢筋种类、保护层厚度是影响钢筋峰值粘结强度的主要因素,螺纹钢筋试件的峰值粘结强度约为光圆钢筋的2倍;(3)当实际腐蚀率小于5%时,碳纤维布约束对提高钢筋峰值粘结强度作用较小,腐蚀试件峰值粘结强度与未腐蚀试件峰值粘结强度之比(简称比峰值粘结强度)提高约5%—7%,但碳纤维布约束使拉拔全曲线下降段变得平缓,粘结应力维持在较高的水平;(4)当实际腐蚀率大于5%时,腐蚀试件的峰值粘结强度随着腐蚀率增大逐步降低.     

热轧钢筋的疲劳行为

本文叙述了应用 MTS 电液伺服试验机和高频疲劳试验机测定45SiMnV热轧钢筋材料的 S—N 曲线和25MnSi 热轧钢筋在固定应力范围上的寿命分布,通过分析求得钢筋50%和95%存活率的 S—N 曲线,在进行有关变幅疲劳的累积损伤试验的基础上,验证了 Miner 论对热轧钢筋的适用性。分析了钢筋材料的循环应力应变曲线及其非线性弹性行为。结论有助于钢筋混凝土结构的疲劳设计,可靠性分析和寿命估算等。     

不锈钢钢筋等截面替代RC梁撞击力学性能试验研究

利用不锈钢钢筋等截面替代普通钢筋混凝土梁中的受力钢筋解决海洋环境中钢筋腐蚀等问题,采用国内先进的超高重型落锤冲击试验机系统对六根钢筋混凝土梁进行竖向抗冲击试验,采集撞击过程中的冲击作用力、试件测点的位移和应变,并进行分析.结果表明:(1)配筋率较小时(0.21%～0.58%),不锈钢钢筋等截面替代普通钢筋后能有效提高梁整体刚度及弹性恢复能力,降低结构变形,可采用不锈钢钢筋等截面替代普通钢筋解决钢筋腐蚀问题;(2)配筋率较大时(1.04%～2.20%),不锈钢钢筋等截面替代普通钢筋后延性较差,特别是冲击能量较高时,脆性性质更加明显.     

受腐蚀钢筋力学性能的试验研究

钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的首要因素.腐蚀会引起钢筋强度降低和延性减弱,进而导致结构承载能力下降.通过对一批已腐蚀钢筋的腐蚀量及腐蚀后力学性能的试验研究,分析了钢筋腐蚀的因素及腐蚀对钢筋力学性能的影响,认为该批钢筋力学性能的降低是腐蚀后受三种因素共同作用的结果;总结了钢筋各项力学性能指标与钢筋腐蚀程度的相关关系,提出当受腐蚀钢筋的重量损失率大于10%时,就应该考虑腐蚀对钢筋性能的影响,予以折减的结论;并总结了各腐蚀量参数间的关系,为衡量钢筋腐蚀程度和结构耐久性分析提供依据.