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.     

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.     

民国钢筋混凝土历史建筑的锈胀开裂寿命预测方法

为准确评估使用方形钢筋的民国钢筋混凝土历史建筑的耐久性,对其锈胀开裂寿命的预测方法进行研究.首先,对9个民国钢筋混凝土历史建筑的混凝土构件进行现场检测分析,获得混凝土的抗压强度、混凝土保护层厚度、混凝土的碳化深度等数据,并据此对原有的碳化系数计算公式进行修正.然后,对民国方形钢筋进行电化学加速锈蚀试验,测量其临界锈蚀深度.结果表明:计算民国时期钢筋混凝土的碳化系数时,需引入修正系数1.16;针对圆形钢筋的临界锈蚀深度计算方法不适用于方形钢筋.民国钢筋混凝土历史建筑的锈胀开裂寿命基本为55～80 a.     

混凝土锈胀开裂的断裂过程分析

应用线弹性断裂力学基础理论,结合弹性力学研究成果,得到了钢筋均匀锈蚀导致锈胀裂缝扩展至表面前的锈胀力与裂纹张开位移的关系.结合混凝土的双K断裂准则,分析了混凝土锈胀开裂过程的断裂韧度及其影响因素.研究结果表明:钢筋直径与保护层厚度及混凝土强度是影响混凝土锈胀开裂发展的主要因素;适当增加混凝土保护层厚度、选用小直径钢筋和选择高性能混凝土均有利于抵抗锈胀裂缝的扩展.     

基于半椭圆锈蚀模型的混凝土保护层锈胀开裂分析

钢筋锈蚀时锈蚀层的分布规律会因钢筋所处的位置不同具有差异性,为了分析非均匀锈蚀层分布的差异对混凝土保护层开裂的影响,基于钢筋锈蚀层半椭圆分布模型,对钢筋非均匀锈蚀情况下的混凝土保护层开裂过程进行了有限元分析,并与均匀锈蚀假定下的保护层开裂理论进行了对比.研究显示按照均匀锈蚀假定的计算结果与非均匀锈蚀假定具有较大误差,尤其是在边角区误差更为明显,考虑钢筋锈蚀的非均匀性更加符合实际.对影响保护层锈胀开裂的因素进行分析后发现,钢筋直径和保护层厚度对保护层锈胀开裂的影响较大,混凝土抗拉强度对保护层锈胀开裂的影响较小.     

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。     

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.     

钢筋混凝土中保护层锈胀的分析

本文通过加速电腐蚀试验,深入探讨了裂缝宽度与锈蚀程度、保护层厚度等影响因素的相互关系,并进行了模型有效性的验证及分析。同时考虑工程运用的适用性,基于模型分析及试验研究结果给出了锈胀裂缝宽度的简化实用计算式。     

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.     

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.     

氯盐侵蚀下钢筋混凝土结构锈胀开裂研究综述

氯盐侵蚀引起的钢筋锈蚀是引发钢筋混凝土结构锈胀开裂的主要原因.总结归纳了氯盐侵蚀下的钢筋锈蚀产物分布、钢筋锈蚀引起的作用在混凝土保护层上的锈胀力,以及由锈胀力作用造成的混凝土保护层表面开裂等3个方面的研究成果.在此基础上,针对当前研究中存在的问题提出了一些建议,指出将混凝土视为均质材料的简化模型并不能准确模拟钢筋锈蚀引起的混凝土保护层锈胀开裂行为,今后的研究应着重于建立混凝土的细观分析模型.自然环境下的钢筋锈蚀产物分布形态不唯一,二维模型与实际工程中的三维构件存在较大的差异;人工气候环境引起的钢筋非均匀锈蚀与自然锈蚀间的差异尚不明确,有待进一步研究.     

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.     

混凝土中钢筋锈胀过程的计算机仿真分析

基于混凝土中的钢筋锈胀损伤机理,提出一种采用温度膨胀环代替锈蚀产物的模拟方法,通过温度膨胀模拟锈蚀产物的体积膨胀作用,通过膨胀环厚度的增大模拟钢筋锈蚀的发展过程,通过变化温度膨胀环的温度膨胀系数,可以考虑不同锈蚀产物的影响,通过变化膨胀环的形状可以模拟混凝土中钢筋不均匀锈蚀,为混凝土中钢筋锈胀损伤机理的研究提供了一种有效方法,对保护层厚度、钢筋半径、钢筋位置、不同间距相邻钢筋对钢筋锈胀力的影响规律进行了计算分析,计算表明,保护层厚度和钢筋半径之比上影响混凝土中钢筋锈胀力的重要因素,且相邻钢筋锈蚀的附加影响不容忽视。     

氯离子侵蚀钢筋混凝土管桩的使用寿命预测

基于氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀机理,将钢筋混凝土管桩的使用寿命分为2个阶段,锈蚀初始阶段和裂缝扩展阶段.依据Fick第二定律和Faraday定律,分别建立了氯离子在钢筋混凝土管桩中的扩散方程和氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀模型,通过确定临界氯离子浓度和钢筋临界锈蚀深度,分别对锈蚀初始阶段时间和裂缝扩展阶段时间进行了预测.并在此基础上,进一步分析了表面氯离子浓度、扩散系数、保护层厚度、钢筋直径、体积膨胀率以及抗拉强度与弹性模量的比值等因素对钢筋混凝土管桩使用寿命的影响.分析结果表明,随着表面氯离子浓度、扩散系数、钢筋直径和体积膨胀率的增大,管桩的使用寿命减小;随着保护层厚度和抗拉强度与弹性模量的比值的增大,管桩的使用寿命增大.     

混凝土梁的应力腐蚀断裂实验研究

本文研究了带裂纹混凝土梁的应力腐蚀断裂问题。首先确定了混凝土材料在五种腐蚀介质作用下的腐蚀度;然后,在1％盐酸溶液和荷载应力共同作用下,进行了四点弯曲混凝土梁的应力腐蚀断裂实验研究,给出了应力强度因子K_1与腐蚀断裂时间t的关系式,并进行了若干讨论。     

硫酸铵腐蚀环境下的混凝土碳化深度试验研究与应用

硫酸盐腐蚀是影响混凝土结构耐久性能的重要化学劣化因子之一。以赣南离子型稀土开采残留硫酸铵的环境问题为背景,通过实验室快速碳化试验研究硫酸铵溶液浓度对混凝土碳化深度的影响规律。结果表明:硫酸铵溶液浓度越大,相同强度等级的混凝土在相同碳化龄期的碳化深度与碳化速率越大。根据试验结果建立了硫酸铵腐蚀环境下混凝土碳化深度预测模型,对该环境下混凝土最小保护层厚度取值提出了建议。     

裂缝与钢筋锈蚀——横向裂缝控制问题的探讨

本文根据野外暴露试验和实际调查的结果,讨论了横向裂缝与混凝土中钢筋锈蚀的关系,认为横向裂缝对钢筋锈蚀的影响不严重.文中还就其原因进行了分析.本文建议,现行规范中横向裂缝宽度限值可以适当放宽,然而对造成混凝士剥落和损坏的纵向裂缝必须引起注意.