锈蚀钢筋混凝土结构抗力衰变综述(Ⅱ):构件层次

为准确预测钢筋混凝土构件的时变抗力,回顾了锈蚀钢筋混凝土构件力学性能的研究现状,总结了既有锈蚀钢筋混凝土结构的梁、柱抗力衰变模型,指出了现阶段研究存在的不足及有待进一步探讨的方向.结果表明:腐蚀影响下的结构抗力衰变模型的建立尚未达成统一共识;抗力衰变研究主要关注承载力、变形等外部宏观力学性能的演化,对破坏过程中内部细/微观损伤研究相对较少;劣化钢筋混凝土构件试验多采用小比例模型,存在一定的尺寸效应;传统的室内加速锈蚀不足以满足实际构件性能演化的模拟需要,依托人工环境模拟试验平台,应综合考虑外部荷载与内部劣化的耦合影响,开展更为先进的加速锈蚀试验.     

钢筋锈蚀作用下盾构隧道结构损伤劣化性能

在长期的水土荷载和侵蚀性物质联合作用下,盾构隧道钢筋混凝土衬砌结构会经历腐蚀-损伤-劣化过程而逐渐失效,导致服役性能大幅降低。本文引入内聚力模型（CZM）及混凝土塑性损伤模型（CDP）,建立考虑钢筋混凝土间粘结滑移的盾构隧道衬砌锈蚀三维数值模型。综合考虑钢筋锈蚀引起的自身力学劣化、混凝土有效截面损失及钢筋混凝土粘结性能退化等因素,分析了围岩水土荷载和钢筋锈蚀耦合作用下衬砌结构形变、损伤演变规律和整体结构劣化特征。研究表明：1）锈蚀作用导致衬砌结构刚度降低,大大加深了衬砌结构的变形程度。锈蚀造成衬砌结构不同部位的刚度损失不同,反映了锈蚀作用下衬砌结构损伤的差异性。2）衬砌结构的围岩侧与临空侧损伤差异较大。相同锈蚀率下,衬砌受压侧受到挤压作用,限制裂缝的发展,导致受压侧损伤很小。3）在锈蚀过程中隧道衬砌结构拱顶弯矩不断减小,拱顶损伤不断加深,损伤区域逐渐扩展,截面刚度损伤最显著。4）衬砌结构自身性能不断劣化,出现内力重分布。衬砌结构的裂缝多出现在围岩侧。研究成果可为隧道衬砌结构服役性能的评估提供参考。     

基于碳化锈蚀机理的混凝土结构研究

简要阐述分析了混凝土碳化衰减性能、锈蚀钢筋力学性能、锈蚀钢筋与混凝土粘结性能及基本构件性能退化等方面对混凝土结构性能退化的影响,并给出了钢筋混凝土构件剩余承载力的一般计算方法,针对碳化锈蚀破坏给出建议处治方法。     

通电锈蚀钢筋砼梁结构性能退化的试验研究

通过采用外加恒电流快速锈蚀模拟方法,对锈蚀钢筋混凝土梁进行试验,研究了结构性能退化机理。由试验结果看出,随着顺筋裂缝宽度和锈蚀率的增大,钢筋与混凝土之间的粘结作用逐渐退化,梁的屈服荷载、极限荷载和延性都有所降低,而锈蚀钢筋的力学性能退化以及锈蚀钢筋与混凝土粘结性能退化,是导致钢筋混凝土锈蚀梁的结构性能退化的主要因素。     

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。     

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。     

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。     

钢筋混凝土结构锈蚀损伤问题的探讨

从钢筋混凝土结构的锈蚀损伤出发，阐述了混凝土中钢筋的腐蚀机理，进而分析了由钢筋锈蚀引起的结构粘结性能退化及受弯构件承载能力下降的原因。     

疲劳荷载下钢筋锈蚀混凝土构件粘结性能试验研究

为探索钢筋锈蚀混凝土构件的疲劳性能,对疲劳荷载作用下钢筋锈蚀混凝土构件的粘结滑移性能进行了试验研究,依据实验结果分析了钢筋锈蚀率对构件的粘结性能退化的影响规律.研究表明:疲劳荷载强度相同,极限粘结强度和滑移差值随着钢筋锈蚀率的增加,呈现出先升后降的趋势,即当钢筋锈蚀率小于2%时,其疲劳极限粘结强度上升;而当钢筋锈蚀率大于4%时,其疲劳极限粘结强度下降.根据试验结果拟合极限粘结强度的计算公式,计算结果与试验结果吻合得较好.     

锈蚀钢筋混凝土偏压构件抗弯刚度有限元计算

采用有限元程序ANSYS,建立了同时考虑锈后钢筋力学性能下降、有效截面减少以及钢筋与混凝土粘结性能退化的锈蚀混凝土偏压构件有限元计算模型.将该模型与已有锈蚀钢筋混凝土偏压构件的试验研究资料进行对比,验证了所建有限元模型的可靠性.利用有限元模型,计算分析了纵筋锈蚀程度、纵筋直径以及箍筋间距对抗弯刚度的影响规律.     

锈蚀对钢筋混凝土抗弯承载力的影响分析

对已有锈蚀钢筋混凝土构件抗弯承载力的研究成果进行归纳总结,研究钢筋材料退化与粘结性能退化对钢筋混凝土构件抗弯承载力的影响,着重分析钢筋粘结性能退化引起变形协调条件中钢筋应变的滞后及粘结力的退化程度与破坏形式之间的关系,从而揭示锈蚀钢筋混凝土构件抗弯承载力的退化影响因素及退化规律。     

基于高阻尼橡胶支座及墩柱劣化的近海隔震桥梁地震响应分析

为研究高阻尼橡胶支座及墩柱材料性能退化对近海隔震桥梁在服役期内抗震性能的影响规律,给近海隔震桥梁的全寿命性能评估提供理论依据,首先,对高阻尼橡胶支座进行海水干湿循环作用下的性能劣化试验,得到相应的力学性能劣化时变模型,给出全寿命周期内高阻尼橡胶支座力学性能时变参数,并基于钢筋力学性能和混凝土材料退化模型,计算全寿命周期...     

材料耐久性退化数学模型的比较研究

材料耐久性退化数学模型主要集中在混凝土碳化、氯离子侵蚀和钢筋锈蚀,目前,对这三个方面退化数学模型的归纳和总结多以横向研究为主,为了实现混凝土桥梁耐久性全过程分析的目标,从纵向的研究角度出发,首先给出混凝土桥梁耐久性全过程分析的两条退化主线:混凝土碳化-钢筋锈蚀-结构整体性能退化、氯离子侵蚀-钢筋锈蚀-结构整体性能退化;然后针对第一条退化主线详细介绍了现有的两种较完备的退化模型,并对其进行了比较分析,结果表明:评定标准中的退化模型概念清晰,参数相对较少,更适合用于混凝土桥梁耐久性全过程分析.     

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。     

往复荷载下锈蚀钢筋混凝土粘结滑移劣化模型

基于已有往复荷载下未锈蚀钢筋混凝土构件的粘结滑移模型,考虑了钢筋锈蚀的影响,从细观的角度对粘结滑移外包线、粘结强度衰减系数、摩擦粘结强度衰减系数、反向粘结强度以及残余粘结强度和其所对应的滑移值进行了理论上的推导和修正,提出了低周往复荷载下考虑循环劣化的锈蚀钢筋混凝土构件的粘结滑移模型,将理论所得的数据和已有实验数据进行对比,结果吻合较好.研究结果对考虑钢筋锈蚀条件下混凝土构件的抗震性能有参考价值.     

普通大气环境下混凝土桥梁时变抗弯性能

目的研究混凝土桥梁在碳化、钢筋锈蚀等环境因素影响下的时变抗弯性能,促进全寿命设计方法在桥梁设计实践中的应用.方法通过实验研究结构受力状态对混凝土碳化的影响,根据已有研究成果分析钢筋锈蚀、钢筋强度退化、粘结强度退化等影响因素,并进一步对混凝土保护层锈胀剥落破坏进行数值仿真研究,在此基础上提出普通大气环境下混凝土桥梁时变抗弯性能的分析方法.结果利用提出的分析方法对实桥进行了计算分析,结果表明在各种退化因素影响下,桥梁的性能逐年退化,预应力钢筋开始锈蚀后,退化速率明显加快.结论各种退化因素对桥梁性能的影响不容忽视,在桥梁的设计实践中引入时变性能分析更为科学合理.     

海洋环境下钢骨混凝土桥墩时变抗震性能分析

借助有限差分法确定考虑多重环境因素影响的钢骨混凝土桥墩内置钢材初始锈蚀时间,基于海蚀环境中纵筋截面面积和屈服强度时变退化公式,建立钢骨混凝土桥墩内部型钢力学性能劣化表征方法,基于OpenSees软件建立考虑腐蚀损伤的钢骨混凝土桥墩全服役期内有限元纤维模型。通过滞回分析及延性分析,了解和掌握全寿命服役过程中钢骨混凝土桥墩的腐蚀损伤和性能劣化机制,探究腐蚀现象对于耗能能力、延性、强度和峰值位移反应的影响规律。结果表明:保护层厚度显著影响锈蚀初始发生时间,型钢腹板性能退化程度对构件性能的影响程度远远小于翼缘。翼缘锈蚀开始后,桥墩抗震性能出现明显的退化现象。     

影响钢筋混凝土结构桥梁耐久性的因素分析

由于钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种材料构成的,因此其耐久性破坏一般是从混凝土或钢筋的材料劣化开始的。从混凝土结构耐久性损伤的机理来看,可以将其材料耐久性损伤分为化学作用引起的损伤和物理作用引起的损伤两大类。由化学作用引起的材料损伤主要有：混凝土碳化、混凝土中的钢筋锈蚀、碱-集料反应及混凝土的化学侵蚀,由物理作用引起的材料损伤主要有：混凝土冻融破坏、磨损、碰撞等。在大气环境条件下,对于钢筋混凝土桥梁的材料损伤形式,主要是：混凝土碳化、混凝土冻融破坏和钢筋的锈蚀。     

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.     

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.