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。     

公路早期部分预应力混凝土T梁腐蚀疲劳性能试验分析

我国早期建造、处于腐蚀环境的在役公路预应力混凝土T梁桥面临严峻的腐蚀疲劳问题.为探讨此类桥梁的腐蚀疲劳性能，基于上世纪80年代公路部分预应力混凝土T梁标准图设计试验模型，开展特定钢绞线锈蚀率(设计锈蚀率为10%)下不同疲劳荷载幅值的部分预应力混凝土T梁模型的弯曲疲劳试验，获得模型梁在循环荷载作用下的跨中挠度、梁底纵向钢筋和受压区混凝土应变、竖向裂缝宽度等的发展规律及疲劳寿命.试验结果表明：在钢绞线腐蚀较为严重时，模型梁的弯曲疲劳破坏特征为受腐蚀钢绞线发生无征兆的断丝破坏，且受压区混凝土未出现被压碎现象，破坏模式为脆性破坏；在钢绞线锈蚀率基本相同时，模型梁的受弯性能随着疲劳荷载幅值的增大而显著下降，且其疲劳寿命也随着疲劳荷载幅值的增大而急剧下降.基于应力-寿命(S-N)理论，提出钢绞线锈蚀后的部分预应力混凝土T梁的疲劳寿命预测公式，可用于初步评估钢绞线锈蚀后的部分预应力混凝土T梁的疲劳寿命.     

钢筋混凝土桥梁的钢筋锈蚀与疲劳耦合损伤

钢筋混凝土桥梁在运营过程中同时承受环境侵蚀作用和荷载疲劳作用,导致承载力衰变.通过对钢筋混凝土梁的钢筋锈蚀损伤和疲劳损伤过程的相互影响分析,建立了钢筋锈蚀与疲劳损伤耦合效应下的钢筋截面综合损伤计算模型.对空心板梁的计算分析表明,锈蚀作用造成钢筋疲劳寿命显著减小.因此,钢筋截面综合损伤计算模型可为钢筋混凝土桥梁结构时变承载力评价提供依据.     

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。     

碳纤维加固锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳抗弯性能

设计了2根未锈蚀和6根中度锈蚀程度的钢筋混凝土梁,其中4根锈蚀梁贴碳纤维布进行不同形式的加固,对碳纤维加固锈蚀混凝土梁的疲劳性能进行了研究。试验结果表明:碳纤维加固梁具有良好的疲劳抗弯性能,疲劳加载后发现加固梁不可恢复的残余变形相对较小,说明碳纤维加固可以提高锈蚀梁的恢复力,并且随着碳纤维布加固量的增加,梁的疲劳抗弯性能都有所提升。碳纤维U形箍对疲劳性能也有较大影响。     

锈蚀和疲劳耦合下RC梁损伤演变分析和承载力评定

为了对钢筋混凝土(RC)梁的承载力进行准确快速评估，考虑锈蚀和疲劳耦合作用，对RC梁的静刚度进行了敏感性分析，给出了静刚度简化计算方法。以一钢筋混凝土简支T梁为例，计算了锈蚀和疲劳耦合作用下其承载力和刚度的退化情况，对比了不同刚度计算方法的差异，研究了钢筋面积对开裂截面刚度的影响，明晰了刚度与承载力的内在关联，根据承载力损失系数与刚度损失系数之间的关系，给出了基于频率的承载力计算公式。研究结果表明：锈蚀和疲劳耦合作用会加速桥梁承载力和刚度的退化过程；锈蚀对承载力和刚度影响主要体现在钢筋面积减小方面，锈蚀导致的钢筋与混凝土间粘结性能的降低对刚度影响不大；传统刚度计算公式中参数取值不易确定，会影响计算精度。本研究提出的刚度简化计算公式参数少、取值方便、计算结果较准确；对于开裂钢筋混凝土梁，承载力与刚度之间可以通过受拉钢筋面积相关联；承载力损失系数与动刚度损失系数有良好的相关性，可以采用文中给出的基于频率的承载力计算公式对薄弱截面位于跨中附近的开裂RC梁进行承载力评估。     

锈蚀后钢筋混凝土梁的剪切疲劳试验

为研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁的剪切疲劳寿命的影响,分别进行无锈蚀和锈蚀情况下钢筋混凝土梁的剪切疲劳对比试验。试验首先对钢筋混凝土梁进行通电加速锈蚀,使梁底面产生顺钢筋方向的锈蚀裂缝;当梁底面锈蚀裂缝宽度达到要求后,停止通电,进行疲劳加载试验。疲劳加载幅值约为无锈蚀梁的静承载力的55%。通过加载试验发现:随着锈蚀裂缝宽度的增加,梁的剪切疲劳性能会迅速衰减;试验中所有钢筋均未发生疲劳断裂。结果表明:当锈蚀损伤受弯钢筋和混凝土之间的粘结作用时,梁的疲劳性能会急剧衰减。     

应力状态对RC梁混凝土碳化损伤及承载力的影响

为研究应力状态对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁碳化损伤及承载力的影响规律,制作了7根RC梁进行加速碳化环境与荷载耦合作用试验研究。将RC梁放入环境箱中,进行三点弯曲静力持荷条件下的7 d、14 d、28 d加速碳化试验,得到不同持荷时间下的RC梁受拉、受压不同区域的混凝土碳化深度,进一步开展加速碳化作用、加速碳化与荷载耦合作用后的RC梁三点弯曲试验,探讨应力状态时碳化深度对RC梁极限承载力的影响机制。结果表明:通过对RC梁受压、受拉区的混凝土碳化深度分析,发现压应力状态会抑制碳化反应的进行,而拉应力状态会促进碳化反应的进行,28 d后受拉区混凝土碳化深度比受压区增加了34.7%。混凝土碳化损伤导致抗压强度降低、钢筋锈蚀影响了试验梁的极限承载力,加速碳化作用28 d后RC梁的极限承载力下降了10.7%,加速碳化与荷载耦合作用28 d后RC梁的极限承载力下降了14.9%。     

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.     

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.     

腐蚀环境中荷载作用对钢筋混凝土梁腐蚀的影响

对空气、淡水和盐水环境中的钢筋混凝土梁进行了静动力试验,测定了空气、淡水环境和盐水环境中静力荷载、高周疲劳荷载所引起的钢筋混凝土梁腐蚀电位的变化,进而推断静力荷载、高周疲劳荷载对钢筋腐蚀的影响．结果表明：腐蚀环境和荷载作用对构件钢筋的腐蚀都有明显的影响,且腐蚀环境和荷载作用对钢筋腐蚀有耦合作用;盐水环境中钢筋的腐蚀速度快于淡水中的腐蚀速度,疲劳荷载作用下钢筋的腐蚀速度快于同幅度静力荷载作用下的腐蚀速度．对于实际工程中的结构,限制和减轻腐蚀环境与荷载作用的耦合,是提高结构耐久性的一个重要方面．     

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.     

关于混凝土结构的耐久性问题探讨

影响混凝土结构耐久性的因素很多,如混凝土裂缝、破碎、溶蚀,钢筋锈蚀、脆化、疲劳等,产生原因是混凝土的碳化、化学侵蚀、冻融破坏、温湿度影响、碱：骨料反应、机械作用和钢筋的碳化脱钝、氯离子腐蚀、荷载长期反复作用、严寒地区低温影响等。提高耐久性主要是混凝土的抗裂耐腐蚀及钢筋的不锈蚀。     

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。     

钢筋混凝土梁腐蚀疲劳断裂微观结构分析

在钢筋混凝土梁腐蚀疲劳试验的基础上,对钢筋断口做扫描电镜和化学分析,研究了腐蚀介质在钢筋疲劳断裂中起的作用.研究表明,在腐蚀介质中,弯曲腐蚀疲劳的钢筋断口同样存在裂纹源区、疲劳发展区和断裂区,钢筋腐蚀疲劳寿命的降低,是腐蚀介质和反复弯曲拉应力共同作用的结果.这种作用加速了初始裂纹的萌生和疲劳裂纹的扩展,并始终存在于疲劳发展直至断裂的全过程,说明腐蚀疲劳的机制与具体的环境密切相关.     

复杂环境下钢筋锈蚀特征对混凝土强度影响

采用外加直流电场和内掺氯化钠的方法模拟杂散电流和氯离子共存的腐蚀环境,研究了杂散电流与氯离子共存环境下钢筋锈蚀特征及其对混凝土强度的影响.结果表明:二者共存时对混凝土耐久性的危害远大于杂散电流单独作用;当二者共存时,钢筋锈蚀程度明显增加,钢筋由钝化状态到严重腐蚀状态时间大幅度缩短,且受腐蚀钢筋的电化学当量和腐蚀电流密度随着电流强度增大、氯离子浓度升高以及腐蚀时间延长而增大;同时,该条件下混凝土力学性能受损较为严重,其下降程度与钢筋锈蚀程度有关.     

存在薄弱界面的CFRP加固RC梁疲劳性能试验

通过6根存在弱界面的CFRP加固RC梁和1根对比梁的弯曲疲劳试验,研究弱界面对加固梁的疲劳破坏形态、疲劳变形性能以及疲劳寿命的影响。结果表明,有弱界面CFRP加固梁的疲劳破坏形式以CFRP剥离破坏为主,同时部分梁发生保护层脱落、受拉钢筋或CFRP疲劳断裂、U型箍剥离等破坏。界面削弱程度越重,保护层厚度越小,加固梁随疲劳次数增加带来的疲劳损伤发展速度越快,疲劳寿命越低。加固量的增加能有效降低CFRP内的应力水平,控制疲劳损伤发展,并由此大幅提高加固梁的疲劳寿命。界面削弱严重时,或弱界面靠近CFRP-混凝土黏结面时,疲劳荷载下保护层易受损脱落,引起纵向CFRP局部挤压断裂及U型箍剥离。     

钢筋混凝土梁加速锈蚀试验研究

以钢筋混凝土梁为研究对象,采用电化学加速锈蚀试验,研究分析钢筋加速锈蚀后的混凝土锈胀开裂特征、钢筋锈蚀特征和钢筋锈蚀率.研究表明,试验梁顶部锈胀裂缝较梁底多,梁两侧裂缝分布较为均匀,部分锈蚀率较大的试验梁出现箍筋锈蚀造成的垂直裂缝,锈蚀严重的试验梁局部还有混凝土脱落;纵筋和箍筋坑蚀严重,采用贴面外加直流电加速钢筋锈蚀的效果与自然环境下的锈蚀状态较为接近;随着钢筋锈蚀率的增加,钢筋锈蚀产物增多,导致混凝土保护层开裂以及钢筋肋锈损,使得钢筋与混凝土黏结力下降.钢筋理论计算锈蚀率基本大于纵筋锈蚀率的实测值,箍筋锈蚀率大于纵筋锈蚀率.箍筋上边锈蚀率较下边高,左右两边锈蚀率基本相同.     

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。