锈蚀钢筋混凝土梁四点弯曲力学行为数值分析

为进一步研究锈蚀状态下钢筋混凝土梁弯曲试验下其力学行为等相关性能分析,本文基于已有的试验结果,构造与钢筋锈蚀率有关的钢筋—混凝土界面的粘结性能退化模型。并使用ANSYS有限元软件,进一步建立钢筋混凝土梁有限元模型。利用该模型,对锈蚀钢筋混凝土梁在外荷载作用下的力学行为进行数值模拟,并与试验结果进行对比。结果发现:数值模拟得到的锈蚀钢筋混凝土梁的荷载—挠度曲线与试验曲线吻合较好,证实了本文有限元模型分析锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能研究的可行性。论文最后还进一步分析了跨中混凝土与钢筋的应力分布、跨中混凝土与钢筋的应变分布、钢筋与混凝土之间的相对位移以及锈蚀钢筋混凝土梁破坏时的裂缝分布等,旨在更深入地研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁弯曲力学行为的影响,从而能更加具体深入地研究钢筋混凝土结构耐久性。     

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.     

纵向非均匀锈蚀梁的非线性有限元分析方法

针对实际工程中存在的受拉钢筋纵向非均匀锈蚀梁,从锈蚀钢筋混凝土本构关系入手,对锈蚀梁结构性能退化和破坏特征进行分析.建立锈蚀梁有限元模型,钢筋单元采用三维杆单元,混凝土单元采用8节点实体单元,钢筋与混凝土之间的粘结单元采用非线性弹簧单元.利用大型有限元ANSYS分析软件,对纵向非均匀锈蚀梁的受力性能进行模拟,模拟结果与其他非线性分析方法结果类似,说明采用非线性有限元方法分析纵向非均匀锈蚀梁受力性能正确有效.     

锈蚀钢筋混凝土梁疲劳后的刚度分析与计算

对锈蚀钢筋混凝土梁进行了在疲劳荷载作用下的试验研究,结果表明随着钢筋的锈蚀率和疲劳荷载增加,其截面刚度呈现下降趋势。同时进行了锈蚀钢筋混凝土梁疲劳后的刚度分析和计算。腐蚀试验采用电化学加速试验的方法,疲劳试验采用等幅疲劳加载试验。考虑疲劳荷载和钢筋锈蚀对构件粘结退化的双重影响,导致构件截面的刚度降低的因素后,基于试验研究结果,给出了疲劳荷载作用下的刚度降低系数θf,用以修正疲劳后锈蚀钢筋混凝土梁的截面弯曲刚度计算公式。研究结果可为混凝土结构的耐久性评估提供科学依据。     

疲劳荷载对锈蚀钢筋混凝土梁刚度影响的试验研究

为研究短期疲劳荷载对锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能的影响,对8根钢筋混凝土梁进行了疲劳及静力加载试验研究。结果表明:短期疲劳荷载对锈蚀钢筋混凝土梁性能的影响明显大于未锈蚀梁的,其裂缝发展速度更快,分布区域也更加集中,锈蚀钢筋与混凝土的协同工作能力降低;疲劳加载后的锈蚀钢筋混凝土梁塑性变形能力降低,抗弯刚度退化的幅度更大;提高混凝土强度可以在一定程度上提高锈蚀梁的屈服荷载等力学指标,减少因钢筋锈蚀导致的混凝土梁抗弯性能的下降幅度,有利于提高混凝土梁的耐久性性能。     

基于内聚力模型的锈蚀砼梁抗弯刚度

粘结性能退化是导致锈蚀钢筋混凝土构件力学性能下降的主要因素之一,基于锈蚀构件粘结性能实验研究成果与内聚力模型,建立了有厚度的双线性内聚力单元与分离式钢筋混凝土梁分析模型,引入粘结界面层,研究了粘结性能退化对锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度的影响。结果表明,双线性内聚力单元可以有效模拟钢筋与混凝土之间的粘结机制,而根据锈蚀深度确定的有厚度的粘结单元能合理描述锈蚀程度对粘结性能的影响。数值分析结果与实验及经验公式对比,表明了文中方法的有效性和合理性。     

不同加速锈蚀方法下钢筋砼结构性能试验研究

通过采用人工气候和通电快速锈蚀模拟方法,对锈蚀钢筋混凝土梁进行试验,以对比研究结构性能退化机理,结果发现锈蚀后钢筋混凝土梁的强度、延性和破坏形态发生了急剧变化,而且人工气候环境下的混凝土内钢筋锈蚀比通电条件能更好的贴近实际情况。     

锈蚀钢筋混凝土梁的受弯分析模型

以锈损率较低的钢筋混凝土简支梁为对象,在平截面假定基础上,提出考虑钢筋、混凝土材料性能劣化和几何尺寸变化的受弯承载力计算公式;采用换算截面法计算锈蚀钢筋混凝土梁的等效刚度,给出考虑锈蚀钢筋、混凝土二者间黏结性能退化的有效刚度计算公式,建议锈蚀钢筋混凝土简支梁在集中荷载作用下跨中挠度的计算方法,并通过39根锈蚀钢筋混凝土梁的试验数据对建议受弯分析模型验证。研究结果表明:锈蚀钢筋混凝土梁受弯承载力试验值与计算值之比的平均值为1.100,方差为0.041,二者吻合较好;多数锈蚀试件按受弯分析模型计算得到的荷载-跨中挠度曲线与试验曲线吻合较好,变化趋势相当,建议受弯分析模型可为锈蚀钢筋混凝土梁的全过程受力分析提供参考。     

不同粘结情况下钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

通过对钢筋与混凝土界面粘结方式的改变,设计了钢筋表面刷胶粘结、钢筋表面缠薄膜粘结与常规粘结三种钢筋混凝土梁,并对三种试验梁进行了试验研究和对比分析。试验表明:钢筋与混凝土界面粘结强度越高,梁的刚度越大,梁的开裂荷载和极限荷载越高,梁的力学性能也越优越。同时还证明了钢筋与混凝土界面的粘结强度越高,同等荷载下钢筋应变越低、破坏前梁的裂缝条数越多、裂缝间距越小。     

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。     

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.     

锈蚀钢筋混凝土梁的斜截面抗剪承载能力

考虑钢筋锈蚀对受力钢筋截面面积和力学性能、钢筋与混凝土间粘结强度以及混凝土保护层厚度的影响,基于“拉、剪临界破坏”的概念和“梁-拱”共同作用的混凝土抗剪抵抗机制,建立了锈蚀无腹筋(主要指箍筋)梁的抗剪承载力公式;考虑梁中纵筋和(或)箍筋锈蚀的影响,基于箍筋与混凝土抗剪作用相互影响的机制,采用相应于有腹筋梁的无腹筋梁对抗剪强度的贡献与箍筋对抗剪强度的贡献相加的模式,建立了锈蚀有腹筋梁的抗剪强度公式.并且,对所建立的锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力的理论预测进行了试验验证.     

再生混凝土与锈蚀钢筋界面粘结性能

从钢筋锈蚀率、水灰比、钢筋直径及相对保护层厚度等因素对再生混凝土与锈蚀钢筋粘结性能的影响进行分析研究,选取割线抗滑移刚度和界面粘结能量作为粘结性能的退化规律指标并建立其粘结性能退化模型,以期打破现有研究的局限性并为再生混凝土结构的安全使用和耐久性设计提供理论指导,最后结合粘结锚固可靠度分析,发现再生混凝土较普通混凝土的受拉钢筋锚固设计长度可相应缩短。     

低温下纤维增强塑料筋混凝土粘结性能试验研究

为研究低温下FRP筋与混凝土的粘结性能,设计研发可实现低温下力学加载和应变测试的试验装置,对FRP筋混凝土试件进行梁式拉拔试验。研究了温度、FRP筋直径以及FRP筋与混凝土锚固长度对FRP筋与混凝土粘结性能的影响。研究结果表明：温度从-10℃降低至-30℃, FRP筋与混凝土的粘结性能增强15.5%～40%,并且在承受荷载增大时粘结性能增强幅度更明显;FRP筋与混凝土粘结性能还会随着锚固长度和GFRP直径的增大而变小。     

加载速率对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响

进行了加载速度对锈蚀钢筋与混凝土粘结强度影响的研究分析，试验研究表明高速率加载作用下，构件承载力，破坏形式，粘结应力分布都与静力加载作用下的结果有明显不同，较高的锈蚀率使粘结强度下降，较高的加载速率使粘结强度提高，且试验研究表明锈蚀率影响与加载速率影响互不相关，此外结合试验结果和结粘区域破坏过程是马尔柯夫过程的假定，给出了综合考虑锈蚀度，加载速率对粘结强度影响的拟合公式。     

不同功率微波照射下钢筋混凝土粘结滑移试验分析

近年来,微波辅助机械拆除钢筋混凝土对于城市混凝土结构的拆除具有重要意义。为了探讨微波辅助机械拆除钢筋混凝土的断裂过程,采用钢筋混凝土的拉拔试验评价了不同微波功率下钢筋混凝土的粘结滑移曲线。在不同功率微波辐射下,分析了钢筋混凝土的破坏模式,钢筋与混凝土的粘结强度和粘结刚度。结果表明:①随着微波功率的增加,钢筋与混凝土温度应力差会导致两者之间机械咬合齿抗剪强度的降低;②对4种功率微波照射后钢筋混凝土拉拔试验粘结滑移曲线进行分析,认为整个拟合曲线均可由初始滑移段、滑移段、下降段和残余段4段组成;③随着微波功率提高,对应的粘结强度降低。5 000 W功率微波照射条件下粘结强度降低幅度相比3 000 W时并不显著,故认为采用3 000 W功率微波照射具有更好的能效比。     

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.     

冻融循环和氯盐侵蚀作用下钢筋与混凝土的粘结性能

为了研究冻融循环和氯盐侵蚀两种因素对钢筋与混凝土粘结性能的影响,本文设计了光圆钢筋和螺纹钢筋两种钢筋混凝土试件,对其在三种不同冻融次数（15次、25次、50次）和三种不同浓度（3.5%、7%、10%）氯盐溶液条件下进行试验,探讨钢筋混凝土试件试验后的粘结性能退化规律。结果表明：光圆钢筋试件表现为拔出破坏,螺纹钢筋试件表现为劈裂破坏,当冻融循环次数较少时,钢筋与混凝土之间的粘结性能随着氯盐侵蚀程度的增加略有提高,当冻融循环次数大于等于25次时,粘结性能随氯盐浓度的增加而变差,冻融破坏程度不同,钢筋与混凝土粘结性能随氯盐浓度大小变化的敏感程度不同。最后根据试验结果拟合出冻融氯盐侵蚀后试件的粘结强度—滑移本构关系。