混凝土保护层锈胀开裂理论预测方法比较

混凝土保护层锈胀开裂是钢筋混凝土结构耐久寿命预测的关键,已有的研究成果使得工程技术人员在具体应用时无所适从.对已有的代表性理论分析方法进行分类,分析了各种方法的特点,通过实例对比了各种方法的准确性.     

基于扩孔理论的混凝土钢筋锈胀开裂分析

采用圆孔扩张理论对钢筋混凝土保护层锈胀开裂过程进行分析,推导不同锈蚀率下的混凝土塑性区边界应力及塑性区半径计算公式,建立保护层锈胀开裂扩孔模型。依据扩孔模型导出与保护层开裂时刻对应的临界钢筋锈蚀率表达式ρ(t),并对临界钢筋锈蚀率模型影响因素进行分析。研究结果表明:临界钢筋锈蚀率ρ(t)与混凝土强度等级、相对保护层厚度、钢筋锈蚀速率和铁锈膨胀率相关;随着混凝土相对保护层厚度增大,锈胀开裂临界锈蚀率ρ(t)快速增大;随着铁锈膨胀率增大,临界锈蚀率ρ(t)快速下降;随着混凝土强度等级增大,临界锈蚀率ρ(t)增加不明显。该模型为进一步研究碳化或者氯离子侵蚀的钢筋锈胀开裂寿命预测提供了理论基础。     

混凝土结构保护层开裂时钢筋的临界锈蚀率模型

基于弹性理论与Bazant理论模型,引入拉伸损伤的概念,对混凝土保护层内环向应力进行修正,建立了混凝土保护层开裂时的临界锈胀力与钢筋临界锈蚀率模型.考虑钢筋混凝土界面间隙及锈蚀产物在裂缝中的填充效应,探讨了完全弹性、Bazant理论模型与拉伸损伤3种不同的环向应力下,钢筋直径、保护层厚度、锈胀系数对临界锈蚀率的影响.结果表明:临界锈蚀率随钢筋直径的增大而减小,随保护层厚度、锈胀系数的增大而增大.弹性下的临界锈蚀率大于Bazant理论模型与拉伸损伤下的临界锈蚀率.最后,与Morinaga的基于试验的临界锈蚀率模型比对,验证了模型的合理性.     

混凝土保护层锈胀裂缝扩展的仿真分析

基于均匀锈胀理论,得出保护层裂缝贯通时锈胀力的计算方法,运用有限元分析软件FINAL建立模型,通过分步加载的方式对模型的破坏过程进行仿真计算.以某混凝土简支梁为例建立二维有限元模型,得出模型由初始开裂到贯通时的裂缝发展图以及最大主应力图,通过分析可以得知初始裂缝发生于钢筋与混凝土的交界面处.计算分析不同保护层厚度对裂缝发展的影响,结果表明,保护层初裂时的荷载基本一致,保护层厚度的增加能够有效减缓裂缝的贯通.提高混凝土等级研究裂缝的发展,结果表明混凝土等级的提高对抑制裂缝的发展同样有益.本文所得结论对于钢筋混凝土结构耐久性研究有重要的参考意义.     

基于初始缺陷形状的混凝土结构锈胀开裂理论模型

为考虑材料初始缺陷形状的影响,将其假定为三维半椭球形.基于断裂力学理论将锈胀裂缝扩展过程划分为两个临界阶段:初始开裂阶段和完全开裂阶段,并分别对两组临界阶段进行了分析,建立了混凝土构件保护层胀裂时的锈胀力及开裂时间预测模型.为了验证所提出预测模型的正确性,分别采用已有的室内锈蚀实验、现场测试数据进行验证,计算结果吻合较好,说明本文预测模型具有一定合理性.在此基础上,对初始缺陷长度、混凝土保护层厚度、钢筋半径、相对保护层厚度等参数进行敏感性分析,结果表明增加混凝土保护层厚度和相对保护层厚度,有利于提高钢筋混凝土结构的服役性能.     

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。     

水泥基保护层锈胀开裂阶段声发射信号特征

以水泥基材料锈胀开裂过程中释放的应力波为对象,对保护层胀裂阶段进行声发射信号特征提取.采用参数分析、小波分析、双谱分析对采集到的声发射信号进行处理.研究发现:累计计数曲线出现陡增的起点,可视为保护层出现锈胀裂缝的信号;在试件锈蚀期间双谱熵值(BIE)的减小可作为保护层开裂的前兆;非高斯性强度(NGI)中的两个极值点可分别作为保护层内裂和表面出现宏观裂缝的标志;采用声发射技术可以有效地监测到保护层锈胀开裂全过程.     

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.     

钢筋锈胀时混凝土保护层损伤模型

假定钢筋产生均匀锈蚀时锈蚀层膨胀效应与"温度"膨胀具有相似性,采用锈蚀"温度环"模拟锈蚀层膨胀效应.假定钢筋锈蚀所产生的膨胀应力导致了混凝土中粗骨料与砂浆的界面应力,采用能量释放率描述界面裂纹开展的阻力梯度,从而基于粗骨料与砂浆界面效应的细观断裂性能建立了混凝土保护层的损伤模型,与氯离子侵蚀条件下的钢筋锈蚀预测模型相结合,实现了钢筋保护层损伤的时间序列分析方法.通过算例计算分析,实现了钢筋保护层混凝土初始损伤、损伤发展的影响因素、不同氯离子浓度水平时的保护层混凝土损伤时间过程的描述.     

混凝土内钢筋锈胀力发展及钢筋锈蚀速率的时变性

为了研究混凝土内钢筋的锈蚀过程及其内在机理,通过对不同锈蚀阶段钢筋与混凝土界面的细观观测,描述了锈蚀层的形成与发展过程,给出了钢筋锈胀力的分布形态,揭示了混凝土锈胀开裂过程和钢筋锈蚀速率的时变过程.结果表明:钢筋锈蚀产物的膨胀性以及钢筋-混凝土界面区的多孔性,为铁锈物向界面区孔隙内的扩散提供了条件,随着锈蚀的进行,原有的界面区逐渐演变为混凝土与铁锈物混合的锈蚀层.锈蚀层的进一步发展,不仅会导致钢筋表面界面区逐渐密实,阻碍混凝土保护层中氧气和水分向锈蚀界面的输送,使混凝土内钢筋锈蚀速率下降,而且会使锈蚀物在钢筋表面产生对混凝土的膨胀力,最后导致混凝土开裂.     

钢筋混凝土锈蚀开裂的有限元分析方法

基于Abaqus非线性有限元软件,通过投放不同形状、粒径、级配的骨料,模拟钢筋锈蚀膨胀导致混凝土保护层开裂的精细化建模分析. 针对混凝土裂缝开展形态,对网格映射方法、几何剖分方法,以及几何剖分方法+Cohesive单元细观模型等几种建模技术的运算效率进行对比;同时针对两种不同混凝土骨料形状对锈胀混凝土裂缝开裂的影响进行比较分析.结果表明:网格映射方建模简单、运算效率较高,但分析结果较粗糙;几何剖分方法收敛速度快,计算效率高,但建模时需要对骨料进行剖分;几何剖分+Cohesive单元方法得到的裂缝开展形态更加精细化更接近实际情况,但运算效率低,只适用于局部精细化分析要求较高的场合.骨料的形状和分布对裂缝分布和扩展趋势均产生一定影响,实际分析中,骨料形状应尽可能接近于实际骨料.此外,通过几何剖分+Cohesive单元法建立的模型计算结果锈蚀开裂时间与理论计算值对比误差小于10%,说明该模拟方法在一定程度上符合钢材锈胀挤压附近混凝土导致开裂的理论.     

某车型水箱下横梁开裂分析研究

针对某车型可靠性试验时发生车身水箱下横梁异常开裂问题,通过多体动力学分析获得车身悬置点载荷并进行有限元分析,对车身水箱下横梁开裂问题进行分析和验证.结果表明水箱下横梁异常开裂是由于下横梁台阶处有应力集中现象,台阶开裂位置的最大应力值为294.2 MPa,选用材料为HC340LAD+Z,屈服的极限为340 MPa,但因高周疲劳（循环次数较多）依然产生破坏,找到开裂原因,并提出结构优化方案,通过道路试验验证,优化后的结构能够满足设计要求.     

N80油管钢腐蚀产物膜的研究

通过分析腐蚀产物膜的结构、成分及影响因素.对不同环境和条件下N80油管钢腐蚀产物膜进行了研究.     

基于椭圆模型和神经网络的人脸姿态估计方法

基于椭圆模型和神经网络方法, 提出一种人脸姿态估计方法. 先采用椭圆模型对人脸边界进行拟合, 确定眼睛和嘴在椭圆中的位置, 再应用BP神经网络对位置参数和人脸姿态参数的关系进行学习, 从而对人脸姿态进行估计. 实验结果表明, 用该方法对较大范围内的人脸转动进行估计, 结果比较准确.     

基于Solidworks螺栓联接中螺纹各牙的受载分析

通过Solidworks对普通螺纹联接中螺纹各螺牙的受载分析,得出了在螺栓联接中螺纹各牙的受载情况,并对标准结构的螺纹联接所存在的问题进行了系统的研究.     

平动椭圆振动筛动力学模型建模方法研究

利用机械系统三维造型软件和多体系统动力学仿真软件建立了平动椭圆振动筛的虚拟样机模型,探讨了建立平动椭圆振动筛的虚拟样机模型过程中的关键技术.并且利用该平动椭圆振动筛的虚拟样机对平动椭圆振动筛进行了运动参数验算分析,分析结果表明采用虚拟样机得出的结果与实验测试结果具有较好的一致性;为平动椭圆振动筛的仿真虚拟模型的构建,研究探索了一种可行的方法.     

基于ANSYS的酒杯塔模型分析研究

本文以220kV线路酒杯塔为研究对象,以有限元分析为研究手段,建立了等截面型钢模型、桁梁混合模型和刚架模型,并在不同工况下对这3种模型进行静力分析,得到3种模型在不同工况下的分析数据,并与真型塔的实验数据进行比较分析,发现在3种模型中,桁梁混合模型的实验数据与真型塔的数据相比误差最小,最接近真型塔.得到最优模型后,对模型进行了模态分析,以验证塔的整体强度/刚度能够满足规范和工程要求,达到线路安全可靠运行的目的.     

晶界特征分布对304不锈钢应力腐蚀开裂的影响

通过5%的冷轧变形及在1 100 ℃退火5 min,使304不锈钢中的低ΣCSL晶界比例从固溶处理后的49%提高到75%（Palumbo-Aust标准）.采用C型环样品恒定加载方法,在pH值为1.5的沸腾25%NaCl酸化溶液中进行应力腐蚀实验,低ΣCSL晶界比例为75%的样品在浸泡120 h内没有发生应力腐蚀开裂,而低ΣCSL晶界比例为47%的试样在浸泡24 h后就产生了应力腐蚀裂纹.由断口形貌观察及电子背散射衍射(EBSD)分析表明,开始发生的晶间腐蚀会成为后来应力腐蚀开裂的裂纹源,应力腐蚀开裂由最初的沿晶转变为穿晶形式.低ΣCSL晶界比例提高后的试样因其抗晶间腐蚀性能较好,抑制了在Cl^-环境下应力腐蚀裂纹的萌生,因而提高了抗应力腐蚀性能.     

对ABAQUS中混凝土弥散开裂模型的静力特性分析

为全面了解ABAQU S有限元软件中混凝土弥散开裂模型分析混凝土材料和构件的能力,用该模型对混凝土材料的单轴、双轴应力状态下力学性能以及构件的抗弯、抗剪性能进行模拟,并与试验结果进行对比分析。结果表明,混凝土弥散开裂模型能较精确地模拟单轴受拉和受压、双轴受压和双轴拉压应力状态下混凝土的力学性能,也能较好地预测钢筋混凝土构件的抗弯和抗剪性能及其相应的破坏形态,但不能很好地描述混凝土双轴受拉应力状态下材料的力学性能,也不能反映体积应变发展变化的规律。