临海滩涂环境下混凝土中氯离子侵蚀破坏试验研究

混凝土的材料组成、工作环境等因素对其耐久性有很大的影响。通过对不同配合比、不同保护层厚度长期暴露于临海滩涂环境的钢筋混凝土试件表面裂缝规律、钢筋锈蚀程度、力学性能等方面的试验研究,表明:直接暴露于临海环境中的钢筋锈蚀最为严重;钢筋锈蚀越明显,其强度下降趋势越显著,锈蚀率越大,延性越低;混凝土保护层的厚度、裂缝宽度跟钢筋锈蚀之间是相互影响的,保护层厚度越小,裂缝宽度越大,钢筋锈蚀率越高,当裂缝宽度为小于或等于0.2mm的细微裂缝时,钢筋锈蚀率≤2%,当裂缝宽度0.5 mm时,钢筋锈蚀率与裂缝之间可能存在线性正向关系。     

钢筋混凝土结构锈胀开裂及裂缝扩展试验研究

采用加速腐蚀试验,系统地研究了钢筋直径、混凝土强度、腐蚀电流密度、保护层厚度、钢筋位置和类型等因素影响下钢筋混凝土锈胀开裂及裂缝扩展的规律.试验结果表明:腐蚀电流密度对锈胀开裂时间的影响最为显著,其他依次为钢筋直径、保护层厚度、混凝土强度;锈胀裂缝随时间增长呈线性增大趋势;各种因素对锈胀裂缝扩展的影响程度依次为腐蚀电流密度、保护层厚度、混凝土强度和钢筋直径;腐蚀电流密度越大、保护层厚度越小,锈胀裂缝扩展越快;混凝土强度等级越高、钢筋直径越小,锈胀裂缝扩展越缓慢.对比分析发现,钢筋位于上部和相同腐蚀电流下采用变形钢筋时,锈胀开裂晚且裂缝扩展更缓慢;钢筋位于角部时开裂早且裂缝扩展快.分析了各种因素影响机理并提出了提高耐久寿命的措施.     

保护层厚度及配筋参数对混凝土裂缝宽度的影响研究

混凝土保护层厚度和配筋参数是影响钢筋混凝土构件裂缝宽度的两个主要因素.本文通过设计配筋混凝土单轴拉伸试验,探究配筋混凝土的开裂过程,重点研究保护层厚度和配筋参数对配筋混凝土试件的裂缝宽度、裂缝间距的影响.试验结果分析表明,裂缝宽度随着钢筋应力的增大而增大;保护层厚度、配筋参数均为平均裂缝间距和平均裂缝宽度的主要影响因素...     

钢筋混凝土梁裂缝分布受保护层厚度影响试验研究

通过12根保护层厚度不同的钢筋混凝土梁试验,量测了正常使用各级荷载下受拉区内不同高度梁侧面处的裂缝间距与裂缝宽度.分析了混凝土保护层厚度变化对平均裂缝间距和平均裂缝宽度的影响规律.结果表明:底面至侧面1.5as范围内,平均裂缝间距和平均裂缝宽度随保护层厚度c的增加而增加.确定了裂缝宽度最大值的出现位置:c=60～70 mm时在粱底面;c=40～50 mm时在梁底面,但梁腹处裂缝也有一定宽度;c=20～30 mm时在梁腹.研究了保护层厚度不同的钢筋混凝土梁受拉区范围内不同高度处与钢筋重心水平对应的混凝土侧表面裂缝宽度之间的比值关系,通过理论分析与试验数据拟合,提出了该比值的计算方法,比较结果表明计算值与实测值吻合较好.     

考虑多影响因素的配筋UHPC梁裂缝宽度计算方法

为建立适用于配筋超高性能混凝土(UHPC)梁的裂缝宽度计算方法，对8片UHPC-T形梁开展了四点抗弯试验，分析钢纤维体积分数、配筋率及保护层厚度对裂缝宽度的影响规律.基于钢筋-UHPC协同受力和变形协调机理，采用半理论半经验法构建了能综合反映多影响因素的最大裂缝宽度计算公式，并提出了适用于UHPC梁的钢筋应力、应变不均匀系数及平均裂缝间距计算方法.结果表明：在试验范围内，裂缝宽度随纤维体积分数、配筋率的提高而减小，随保护层厚度增加而增大；UHPC梁的钢筋应变不均匀程度大于普通混凝土梁；平均裂缝间距计算值与文献实测值最大相对误差为11.17%,最大裂缝宽度计算值与实测值、文献实测值之比的均值分别为1.02、1.01,变异系数分别为0.05、0.12,表明所提出公式可准确计算配筋UHPC梁的最大裂缝宽度.     

高温下钢筋混凝土简支梁的抗火性能

对2根钢筋混凝土梁开展高温试验研究,采用合理的材料热工性能和热-力耦合本构关系,应用ABAQUS有限元软件对其温度场和结构变形性能进行三维实体有限元分析,温度场和结构变形性能计算结果与试验结果符合较好.在试验验证的基础上,开展有限元参数分析,探讨保护层厚度及荷载水平对钢筋混凝土简支梁抗火性能的影响.结果表明,钢筋混凝土简支梁的保护层越厚,受拉主筋升温越慢,构件变形延缓,耐火极限增大;荷载水平越大,耐火极限越小.     

钢筋非均匀锈蚀试验研究

设计了一种新的钢筋快速锈蚀试验方案,研究了钢筋非均匀锈蚀引起的混凝土保护层胀裂问题.试验现象表明,锈后试件的钢筋表面呈现明显坑蚀特点,且近保护层一侧的钢筋锈蚀更为严重;根据试验数据,利用统计回归分析的方法,给出了混凝土保护层出现可见裂缝时的钢筋锈蚀率与混凝土强度、钢筋直径及保护层厚度间的经验公式;数据分析表明,相对保护层厚度是决定混凝土开裂时钢筋锈蚀率的主要因素,而混凝土等级和钢筋直径对它的影响较小.     

角区钢筋非均匀锈蚀引发混凝土保护层开裂全过程研究

综合考虑氯离子的扩散过程、钢筋锈蚀的质量守恒以及钢筋锈蚀引起的混凝土保护层开裂力学过程,以角区钢筋为研究对象,在钢筋周围施加随时间变化的非均匀径向位移,对氯离子侵蚀引起的混凝土保护层开裂全过程进行数值分析,得出了裂缝发展的分布规律、裂缝出现以及裂缝贯穿保护层所需的时间。并与实验结果进行对比,验证了模型的准确性。探讨了钢筋直径、混凝土保护层厚度以及混凝土强度的变化对混凝土保护层开裂行为及开裂时间的影响。结果表明,混凝土保护层厚度对开裂全过程影响最大,其次是钢筋直径,混凝土强度对其影响较小。     

钢筋混凝土保护层锈裂行为的细观有限元模拟

为了研究混凝土材料非均匀特性对保护层锈裂行为的影响,基于蒙特卡罗方法建立了随机骨料模型,采用Matlab软件编写了骨料生成和投放代码,并考虑了界面层的影响.通过改变锈蚀层厚度,对钢筋锈胀引发的混凝土保护层开裂行为进行了细观有限元模拟.结果表明,混凝土内钢筋锈蚀产物膨胀具有非均匀性,砂浆与骨料的界面是钢筋混凝土保护层锈胀过程中的最薄弱环节.当锈蚀层的最大厚度为1.24μm时,界面开始产生裂缝,随后钢筋周围砂浆产生裂缝;当锈蚀层的最大厚度为9.00μm时,混凝土保护层表面出现裂缝,此时钢筋的有效锈蚀率仅为0.186%;当锈蚀层的最大厚度达到18.00μm时,混凝土中钢筋之间裂缝贯通,此时裂缝分布图与实测锈胀开裂相似,表明细观模拟计算可靠.     

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.     

层布式钢纤维混凝土梁抗裂性能研究

通过7根层布式钢纤维混凝土(layer steel fiber reinforced concrete,LSFRC)梁的正截面抗弯承载力试验,研究了钢纤维的掺量以及钢纤维混凝土层的布置厚度对LSFRC梁的抗裂性能,挠度以及承载能力的影响。试验结果表明,LSFRC梁的抗裂性能明显优于普通钢筋混凝土梁,而且钢纤维混凝土层的厚度是提高LSFRC梁的抗裂性能的主要因素。基于已有研究和试验数据,对LSFRC梁的抗裂度的计算公式做出简单论述。     

钢纤维混凝土电杆试验研究

研究分析了钢筋混凝土电杆产生纵向裂缝的机理，并采用钢纤维来抑制或限制电杆纵向裂缝的发生和发展；进行了电杆纵向裂缝控制措施的试验研究；还对钢筋混凝土和钢纤维混凝土电杆试件进行了抗冻性和抗腐蚀性的对比试验，试验结果对工程应用有重要的参考价值。     

劲性钢筋轻骨料混凝土梁正截面受弯数值模拟

为研究劲性钢筋轻骨料混凝土构件的抗裂性能,采用跨中集中荷载的加载方式,通过数值模拟,分析劲性钢筋轻骨料混凝土梁受弯构件变形与荷载的关系。模拟结果表明:劲性钢筋轻骨料混凝土梁刚度较大,但破坏时挠度很大,有很好的延性。当受压区混凝土压碎破坏时,试验梁仍具有很大的承压能力。随着跨中荷载的增大,梁的位移变形也随之增多。跨中荷载增加到40 t时,梁的位移变形开始大幅度增大,导致混凝土开裂。混凝土开裂后,试件截面刚度退化,裂缝宽度增幅显著,裂缝宽度逐渐加宽。试件梁开裂后,裂缝宽度随荷载变化的增长趋于稳定,抗裂性能较好。模拟结果与试验值相符。     

含有改性混凝土叠合层的T形梁抗裂性能研究

基于8根混凝土倒T形叠合梁受弯试验,研究了钢筋钢纤维自应力混凝土做加固材料层二次浇注到待加固混凝土T形梁,从而形成的叠合梁在负弯矩区的抗裂性能.试验结果表明,仅占叠合梁高13.9%的叠合层将梁的开裂弯矩提高44.9%.同时根据已有理论模型,推导了自应力混凝土叠合T梁后加自应力的求法和负弯矩区正截面抗裂计算公式,其计算结果与试验结果比较吻合.     

坝下游面钢衬钢筋混凝土管非线性有限元分析

采用解析法对某水电站坝下游面钢衬钢筋混凝土压力管道进行初步设计,确定了钢衬厚度和钢筋配置,对其进行整体三维非线性有限元分析,着重研究了在设计荷载作用下,钢衬和钢筋的应力状态以及管周混凝土的开裂特征．采用将非线性有限元分析与规范解析法相结合的方法,先根据非线性有限元计算的结果,分析得到钢衬钢筋混凝土管的钢筋应力,再将其代入规范解析公式,计算出结构的裂缝宽度,并最终提出了满足结构限裂要求的配筋方案．     

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。     

配置表层钢筋的混凝土梁裂缝宽度计算方法

为了研究配置表层钢筋的混凝土梁的开裂性能,对8根配置500 MPa钢筋的矩形混凝土梁进行了受弯性能试验.试验结果表明,在构件的混凝土保护层中配置表层钢筋能使平均裂缝问距减小30%～50%,使短期最大裂缝宽度减小29%～70%.根据试验结果,分析了表层钢筋对混凝土梁平均裂缝间距和平均裂缝宽度的影响规律,并在我国规范GB 50010-2002裂缝宽度计算模式的基础上,提出了考虑表层钢筋的短期最大裂缝宽度计算公式.根据所提出公式计算的结果能够较好地与试验结果吻合.     

等径离心成型钢纤维混凝土预应力电杆受力性能试验研究

通过试验研究了等径离心成型钢纤维混凝土预应力电杆的受力性能,主要包括抗裂度、裂缝的分布形态与裂缝宽度、跨中挠度和极限承载力等.试验证明:由于预应力和钢纤维的双重增强作用,电杆的抗裂度提高,在标准检验荷载作用下电杆截面混凝土处于抗裂的弹性工作状态;当荷载达到标准检验荷载的130%—160%后,截面混凝土出现初始裂缝,卸载后初始裂缝闭合,变形回复.在截面开裂荷载至承载力检验荷载范围内,裂缝延伸和裂缝宽度发展较慢,裂缝呈短细非贯通性分布形态,抗变形能力有所提高,截面极限承载破坏呈现出一定的延性性质.研究成果为此类电杆在河南省漯河—淮阳220kV线路工程建设中应用提供了科研依据.     

钢纤维混凝土梁的试验研究

在普通混凝土中加入钢纤维,能提高混凝土的抗压强度、抗拉强度,能改善混凝土的脆性性质等力学性能。在钢筋混凝土梁中,加入钢纤维后,使梁在斜裂缝截面上的抗剪承载力有明显的增长。实验证明,用梁内配置钢箍和加入钢纤维的方法,在钢箍和钢纤维的共同作用下,达到提高抗剪承载力和改善混凝土的脆性性质 目的是可行的,也是可取的。     

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.