锈蚀钢筋蚀坑特征分析及其对力学性能的影响

通过对126根锈蚀钢筋进行拉伸试验,研究了蚀坑特征及其锈蚀后力学性能。研究发现,锈蚀钢筋最大名义屈服强度较标准试件提高了7.65%,伸长率下降最大可达52.94%;锈蚀钢筋拉伸试验后断口形态为锯齿式断口和劈裂式断口;蚀坑最大深度、宽度、长度分别不超过8,15,16mm,并且三者的对数值与质量锈蚀率呈线性关系,深宽比与质量锈蚀率呈指数关系。还建立了与深宽比均值相关的名义屈服强度的退化模型和计算模型。     

锈蚀钢筋混凝土偏心受压柱承载力试验研究

试验研究了低锈蚀率钢筋对偏心受压构件承载力的影响.将4根钢筋混凝土柱置于湿盐砂中外通直流电加速锈蚀,锈蚀完毕后与3根未锈蚀柱进行偏心受压试验,试验在5 000 kN长柱试验机上进行.另外对锈蚀钢筋进行了拉伸试验.结果表明,偏心距较小时,锈蚀柱截面应变仍符合平截面假定;偏心距相同时锈蚀柱的承载力及刚度比完好柱明显降低.锈蚀钢筋的名义屈服强度、名义极限强度随锈蚀率呈线性降低;随钢筋锈蚀率增大,钢筋的延性降低更快.     

混凝土结构中钢筋锈蚀不均匀性对其力学性能退化的影响

试验获取锈蚀钢筋试件,借助三维激光扫描建立其实体模型,并进行拉伸试验。通过实体模型精确获取试件残余横截面积分布,建立分段积分模型进行数值拉伸计算并与试验结果对比分析,研究锈蚀不均匀性对锈蚀钢筋力学性能退化的影响。结果发现,沿钢筋长度方向的不均匀性可用区段最大与最小残余横截面积比值μ作为量化参数。随锈蚀发展,不均匀锈蚀系数μ值逐渐增大。然而,剔除锈蚀不均匀性影响后,锈蚀钢筋的屈服强度、极限强度、弹性模量以及极限应变等材性参数没有随锈蚀发展而降低的趋势。基于残余截面积排序的线性简化,以μ为自变量,推导出锈蚀钢筋各个名义材性参数的解析计算公式。显示名义屈服强度、名义极限强度以及名义极限应变均随锈蚀不均匀性增大而显著降低,但严重坑蚀时不能忽略应力集中和周向不均匀锈蚀的不利影响。随锈蚀不均匀性发展,名义弹性模量与强化模量有轻微降低,拉伸曲线的屈服平台逐渐倾斜,并在μ达到约1.1的临界值时融入强化段,宏观屈服平台消失。     

斜拉索损伤对在役斜拉桥体系可靠度的影响

为了研究拉索腐蚀与疲劳损伤对在役斜拉桥服役安全的影响,分析平行钢丝拉索斜拉桥的时变体系可靠度。采用串-并联模型研究平行钢丝索强度概率受拉索长度和数量的影响,对比拉索断裂产生的静力与动力效应,并基于更新响应面方法捕捉拉索断裂产生的非线性效应。基于钢丝的疲劳试验结果评估某双塔混凝土斜拉桥的时变体系可靠度。研究结果表明:腐蚀和未腐蚀拉索20 a的抗拉强度均值分别下降32%和13%,基于串-并联模型可捕捉钢丝长度和数量效应对拉索强度概率分布均值和标准差的影响;单根拉索断裂可导致相邻拉索索力静力效应增加7%,而动力效应达到11%;基于更新响应面方法采用20个均匀设计样本点即可捕捉到该非线性效应;在"疲劳"和"腐蚀-疲劳"这2种损伤作用下,该斜拉桥在第20年的结构体系可靠指标由4.62分别下降至4.42和和2.46,表明腐蚀效应对斜拉桥运营期体系可靠度影响显著。     

钢梁腐蚀相关性对钢-混组合梁桥体系可靠度的影响

服役环境中钢主梁的腐蚀本质上是一个随机过程,腐蚀深度随机变量既有时变性亦有空间性。现有测量方法只能获得单根钢梁腐蚀深度数据,尚不能明确结构体系腐蚀深度变量的联合分布模式,可能导致腐蚀结构体系可靠度计算模型失真。本文以某钢-混凝土组合梁桥为研究对象,首先建立了钢主梁腐蚀深度增长Gamma随机过程模型,并利用钢梁腐蚀深度实测数据对模型进行了验证;然后采用Kendall秩相关系数量化表征主梁腐蚀深度相关性,推导了腐蚀钢梁的时变抗力计算公式;最后基于Copula函数提出了考虑主梁腐蚀相关性的梁桥体系失效概率计算方法,对比研究了钢梁腐蚀相关性对钢-混组合简支梁桥体系可靠度的影响。研究结果表明：桥梁运营前期腐蚀相关性对梁桥受力性能影响较小,在运营中后期,中高程度的腐蚀相关性将会对梁桥体系的可靠度影响较大。研究提出了钢梁腐蚀空间相关性量化方法,获得了更精确的钢-混组合梁桥体系可靠度计算方法,可为组合梁桥体系的时变可靠度评定提供参考。     

锈蚀钢筋压屈应力-应变本构关系模型研究

采用电化学加速试验方法获得216根锈蚀钢筋试件,对锈蚀钢筋试件进行压屈试验,分析钢筋长细比(长度与直径之比)和锈蚀率对锈蚀钢筋压屈应力-应变关系曲线、名义压屈强度等的影响.结果表明:随着质量锈蚀率的增大,锈蚀钢筋名义压屈强度逐渐降低;当长细比≤15时,长细比对锈蚀钢筋名义压屈强度影响不明显;当长细比15时,长细比对锈蚀钢筋名义压屈强度影响显著.锈蚀钢筋名义压屈应力-应变曲线表现出三种形态特征,根据三种曲线特征建立了锈蚀钢筋名义压屈应力-应变本构关系的统一模型,提出了考虑长细比与质量锈蚀率影响的锈蚀钢筋名义压屈强度计算公式,计算值与试验结果符合较好.     

锈蚀钢材力学性能试验及等效本构模型研究

为准确描述锈蚀钢材在循环荷载下的本构关系,对经人工加速腐蚀的16组Q355钢锈蚀试件进行单调拉伸及循环加载试验,得到锈蚀钢材的力学性能参数及其退化规律.分析锈蚀对钢材试件滞回性能的影响,基于Giuffre-Menegotto-Pinto（GMP）模型建立了锈蚀钢材的循环本构模型.结果表明：钢材的屈服强度、极限强度及对应的屈服应变、极限应变等力学性能随着锈蚀程度的增加呈线性退化趋势;锈蚀会削弱钢材的耗能能力,使得结构在往复荷载下的安全性难以保证;建立的锈蚀钢材的循环本构模型与试验结果吻合较好,可为腐蚀环境下的钢构件及结构的抗震性能评估提供支撑.     

基于数值模拟的锈蚀钢筋力学性能退化分析

建立不同锈蚀率锈蚀钢筋的分析模型,采用数值模拟的方法分析锈蚀钢筋力学性能的退化规律.分析结果表明:锈蚀钢筋的力学性能会随着钢筋锈蚀程度的增加而大幅退化.钢筋的屈服强度、极限强度、伸长率均随钢筋截面损失率按线性规律衰减.钢筋锈蚀后名义屈服强度、名义极限强度衰减的主要原因是由于钢筋受力面积由于锈损大幅减小;伸长率降低除受截面积减小影响外还受应力集中的影响.     

退化结构时变可靠度分析

退化结构的检修问题都涉及时变结构可靠度的计算.对退化结构的时变可靠度,抗力必须表为随机过程.该文考虑退化结构功能函数随机过程,并考虑活载为连续随机过程、 Poisson过程以及Bernoulli过程,由之导出一个时段内的时变可靠度公式.以混凝土碳化引起的主筋锈蚀的公路桥T型梁为例,计算了这3种活载过程下的时变可靠度.算例表明,对相同的初始抗力,退化结构在设计使用年限的时变可靠度明显低于目标时不变可靠度.用作用和抗力的均值和方差在t时刻的瞬时值代入Cornell可靠度指标而计算的"时变可靠度指标"不反映可靠度.     

室内外2种环境下锈蚀钢筋的物理力学试验分析

为研究室内潮湿环境和室外露天环境下自然状态锈蚀钢筋的物理力学性质变化情况,在停工时间长达4年的工程现场分别选取室内外环境下2种不同公称直径的热轧带肋钢筋进行锈蚀率和拉伸强度试验.根据试验结果对比分析了室内外环境和不同公称直径大小钢筋的锈蚀率、断后伸长率和拉伸强度的变化规律;拟合出了钢筋锈蚀率与名义屈服强度和名义极限强度...     

锈蚀钢筋混凝土梁的斜截面抗剪承载能力

考虑钢筋锈蚀对受力钢筋截面面积和力学性能、钢筋与混凝土间粘结强度以及混凝土保护层厚度的影响,基于“拉、剪临界破坏”的概念和“梁-拱”共同作用的混凝土抗剪抵抗机制,建立了锈蚀无腹筋(主要指箍筋)梁的抗剪承载力公式;考虑梁中纵筋和(或)箍筋锈蚀的影响,基于箍筋与混凝土抗剪作用相互影响的机制,采用相应于有腹筋梁的无腹筋梁对抗剪强度的贡献与箍筋对抗剪强度的贡献相加的模式,建立了锈蚀有腹筋梁的抗剪强度公式.并且,对所建立的锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力的理论预测进行了试验验证.     

碳纤维布加固不同锈蚀率钢筋混凝土梁抗弯性能研究

为研究碳纤维布加固不同锈蚀率钢筋混凝土梁的的抗弯性能,通过外加电流法获得锈蚀钢筋混凝土梁粘贴碳纤维布加固后进行受弯试验。结果表明:锈蚀钢筋混凝土梁整体上随着钢筋锈蚀率的提高,其承载力和抗弯刚度不断降低;锈蚀严重时,会发生脆性破坏;锈蚀混凝土梁粘贴碳纤维布加固可以明显提高其承载力和抗弯刚度;同时随着钢筋锈蚀率的提高,抗弯刚度的增加幅度也不断提高,而承载力的增幅影响不大。在试验及分析结果的基础上,引入锈蚀梁整体刚度退化系数以及考虑到碳纤维布拱作用模式的影响,进而提出了碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度的计算方法。     

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.     

锈坑应力集中对钢筋力学性能的影响

为了揭示锈蚀钢筋力学性能退化现象的本质,用锈后钢筋的最大截面损失率来表征其力学性能的变化.利用电化学快速锈蚀方法,获得了质量损失率在0～55%之间不同锈蚀程度的HRB335热轧钢筋.根据锈坑深度和残余截面周长的量测值及锈蚀形态,判断截面削弱最严重的位置,并估算出最大截面损失率,建立了锈蚀钢筋质量损失率与最大截面损失率之间的回归方程.通过静拉伸试验得到了锈蚀钢筋试件的名义强度值和断后延伸率.实验结果表明:锈蚀钢筋与未锈钢筋的名义强度比可近似取锈后钢筋的最大残余面积率,受锈坑应力集中的影响甚微;锈蚀钢筋的断后延伸率随最大截面损失率呈指数下降,受锈坑应力集中的影响显著.模拟锈坑的有限元分析结果与实验结果相同.锈蚀钢筋的脆性化倾向可能导致的结构或构件脆性破坏在评估和加固锈后钢筋混凝土结构时应予以重视.     

锈损冷成型钢表面形貌及力学性能

为研究锈蚀对冷成型钢表面形貌特征和力学性能的影响,对工业环境下服役10 a的冷成型钢进行表面三维形貌扫描、单调拉伸试验和断口扫描,得到了锈蚀钢材表面二维和三维形貌图、锈蚀损伤参数、应力-应变曲线、力学性能指标以及微观断口形貌图,并分析了锈蚀损伤参数、力学性能指标的变化规律,最后建立了锈蚀冷成型钢材料本构模型.结果表明:随着锈蚀程度增加,钢材表面蚀坑数量减少且蚀坑形貌发生明显变化,均匀锈蚀所占比例、最大蚀坑深度逐渐增大,锈蚀钢材表面变得越来越粗糙;弹性模量、屈服强度、极限强度、断后伸长率随材料损失率的增加呈线性下降趋势,屈服平台变短甚至消失,宏、微观断口形貌变化明显,并且所建立的本构模型能够精准地反映锈蚀冷成型钢应力-应变曲线的变化趋势.     

锈蚀钢筋混凝土梁抗冲击荷载数值模拟研究

为研究冲击作用下锈蚀钢筋混凝土梁的力学性能与破坏模态,本文通过Fujikake等进行的混凝土梁冲击试验,校核了有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立的钢筋混凝土梁结构精细化有限元模型的冲击力时程曲线、跨中位移时程曲线和破坏模态的准确性。在已验证有限元模型的基础上,研究钢筋锈蚀率对混凝土梁抗冲击性能的影响。有限元分析表明：混凝土构件在冲击作用下导致的混凝土剥落程度随钢筋锈蚀率的增加而增加。各冲击高度下的锈蚀钢筋混凝土梁均表现出弯曲破坏特征。钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件的抗冲击性能具有一定的影响,在相同落锤冲击高度下,冲击力峰值随钢筋锈蚀率的增大逐渐减小,跨中位移随钢筋锈蚀率的增大而增大。当冲击高度为3.0m时,锈蚀率为30.0%时的冲击力峰值降低到未锈蚀时的17.9%,跨中位移为增加到未锈蚀时的33.3%。     

超载下预应力CFRP布加固腐蚀钢梁抗弯性能试验

为研究预应力CFRP布加固腐蚀钢梁静载、超载的抗弯性能,进行了7根钢梁的抗弯试验,研究了加固梁在静载及超载下的破坏形态、承载力和刚度.结果表明,加固钢梁可以提高钢梁的承载力与刚度,预应力的存在,可以显著提高CFRP布的利用率;腐蚀程度影响钢梁的刚度与极限承载力,腐蚀程度增加1倍,钢梁的承载力降低50%左右.超载次数增加,钢材发生时效硬化,钢梁刚度可提高13%左右,但承载力有所降低;超载下,预应力的施加可提高钢梁的延性.建立了预应力CFRP布加固腐蚀钢梁的承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好.     

锈蚀钢筋混凝土梁静承载力性能试验

通过对7根钢筋混凝土梁的静载试验,分析剪跨比和钢筋锈蚀率对试验梁的承载力、荷载-挠度曲线、钢筋和混凝土应变变化等力学性能的影响.结果表明,剪跨比仍是决定钢筋锈蚀梁性能的主要因素,钢筋锈蚀程度并不改变其破坏类型,但钢筋锈蚀严重时会出现由适筋破坏向少筋破坏转变的现象.随着钢筋锈蚀程度的增加,钢筋混凝土梁的承载力和整体刚度均...     

钢筋锈蚀后砼耐久性的模糊可靠度分析

基于钢筋锈蚀引起砼开裂机理,考虑钢筋锈胀引起砼结构失效具有明显的模糊性,将模糊概率的数学模型引入锈蚀砼结构的可靠度分析中.对砼因钢筋锈胀开裂引起的耐久性失效进行模糊可靠度分析,建立钢筋锈蚀后耐久性模糊可靠度分析模型.通过算例证明,该方法符合实际情况,可用于工程实践.