钢筋混凝土保护层锈胀开裂时间预测模型

基于Faraday定律,建立了动态锈蚀速率下的锈蚀产物膨胀模型,并将锈蚀产物的膨胀等效为径向位移边界条件施加于钢筋-混凝土界面。建立了混凝土保护层在锈胀力作用下逐步开裂的数学模型,预测了混凝土保护层锈胀开裂的时间。并将模型预测的保护层锈胀开裂时间和试验观察的时间进行对比,验证了模型的正确性。最后对模型所包含的参数进行灵敏度分析,分析了各参数对混凝土保护层锈胀开裂时间的影响。     

混凝土保护层锈胀开裂时间的计算模型

针对钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构使用寿命的重要因素,以及锈胀开裂为结构耐久性寿命的临界点的现象,假定混凝土满足双剪强度准则,利用厚壁圆筒理论,对均匀锈胀开裂过程进行弹塑性分析,建立了均匀锈胀厚壁圆筒模型.结合Faraday腐蚀定律,得到了锈胀开裂时间计算式.通过对计算式各主要参数的分析,发现增大混凝土保护层厚度、减小钢筋直径以及降低铁锈膨胀率,能有效提高钢筋混凝土结构的耐久性;混凝土强度等级对结构耐久性影响较小.理论计算值与已有试验值吻合较好,计算式合理、可行.     

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.     

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.     

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.     

钢筋混凝土结构锈胀裂缝扩展分析

为了对钢筋混凝土结构的耐久性全寿命进行评估,研究了保护层混凝土锈胀裂缝的扩展及过程.基于保护层混凝土锈胀开裂前后的变形协调条件,并考虑箍筋对混凝土锈胀裂缝扩展的影响,建立了有箍筋和无箍筋条件下混凝土保护层锈胀裂缝宽度模型.试验结果表明,在锈蚀率介于0～10%条件下,所建模型可以很好地预测保护层混凝土锈胀裂缝的扩展.     

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.     

混凝土Lattice模型参数修正及钢筋混凝土锈胀破坏模拟

为了提高混凝土Lattice模型的计算精度,研究了模型参数修正方法.首先,对比分析了根据Lattice模型与实体模型计算得到的位移与应力,发现单一材料模型中位移比和应力比关联参数均与微单元特征长度成线性关系.其次,提出了一种递进式参数修正方法,即对微杆单元横截面面积和弹性模量依次进行修正.然后,采用多参数同步修正的方法,进一步修正了三相混凝土Lattice模型,修正后模型的位移和应力计算误差均不超过5%.基于该修正模型,模拟分析了钢筋混凝土结构的锈胀破坏过程.结果表明,角筋锈胀会引起竖向和水平向裂纹的共同发展,直至贯穿保护层.锈蚀钢筋间净距显著影响裂纹扩展模式;当净距与保护层厚度相当时,易形成钢筋间水平方向上的主裂纹,且主裂纹对其余方向的裂纹具有一定的抑制作用.     

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.     

钢筋混凝土保护层锈胀裂缝宽度研究Ⅱ

锈胀裂缝宽度是混凝土结构耐久性与设计评估的重要参数。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,并进行了理论模型有效性的验证及分析。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。     

钢筋混凝土保护层锈胀裂缝宽度研究Ⅰ

锈胀裂缝宽度是混凝土结构设计和耐久性评估的重要参数,基于裂缝开口部位的变形协调与混凝土的锈胀效应等特性,将裂缝宽度区分为几何位移与应力位移两部分,构建了裂缝宽度预测模型,且讨论了δ及η系数取值。为了探究不同因子对锈胀裂缝宽度的影响规律,分别进行了影响因子分析,结果表明：锈蚀产物膨胀率对锈胀裂缝的影响非常大;钢筋直径及保护层厚度对裂缝扩展宽度的影响非常小;而混凝土弹性模量的影响可近似取为零。     

预应力影响下混凝土结构锈胀开裂计算

针对预应力钢绞线腐蚀引起混凝土结构锈胀开裂问题,考虑混凝土双向应力状态和钢绞线截面几何特性等因素的影响,建立微裂缝形成、保护层开裂及开裂至一定宽度的锈胀开裂3阶段计算模型,分析锈胀开裂对预应力等各影响因素的敏感性,并通过试验对理论结果进行验证。研究结果表明:预应力会对锈胀开裂产生不利影响,与无应力状态相比,当钢绞线预应力为75%的抗拉强度标准值时,微裂缝形成、保护层开裂和开裂至0.1 mm时的腐蚀率分别降低了46.14%,43.90%和9.42%;锈胀发展3阶段的腐蚀率均随铁锈膨胀率和钢绞线直径的增加而减小,随混凝土抗拉强度和保护层的增加而增大。     

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.     

钢筋组合方式对混凝土保护层锈胀开裂影响

钢筋锈蚀是引发混凝土结构劣化的主要原因之一。给出一个二维的扩散-力学模型,通过有限元软件将氯离子侵蚀引起的非均匀腐蚀膨胀层作为位移荷载,模拟钢筋锈胀对周围混凝土的力学作用。基于该模型,分析不同钢筋组合对保护层锈胀开裂的影响。结果表明:不同钢筋组合会造成不同的裂缝扩展路径;根数少且直径大的钢筋组合不仅能延缓裂缝出现和贯通时间,而且有利于减小表面最大裂缝宽度和钢筋截面损失率。     

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.     

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。     

钢筋混凝土桥梁耐久性的敏感性研究

在研究钢筋锈蚀过程的基础上引入4个耐久性因子DF(Durab ility Factor),进行了构件基本参数关于耐久性因子的敏感性分析,由此得到构件不同基本参数偏离设计值对耐久性的影响程度.该结论可指导桥梁耐久性设计和桥梁施工.     

氯离子侵蚀下钢筋混凝土非线性锈胀破坏过程模拟

钢筋锈胀破坏会显著改变氯离子在混凝土中的输运通道,氯离子侵入与锈胀致裂是相互加强的非线性过程.围绕这一非线性破坏过程开展了数值模拟方法研究,建立了氯离子扩散与钢筋锈胀破坏间的耦合分析方法,并基于商业软件ABAQUS平台,通过二次开发,高效地实现了这一非线性模拟过程.利用文献中的试验数据,验证了所建立方法的有效性.模拟结果表明:是否考虑氯离子扩散与锈胀损伤破坏间的耦合过程,对钢筋混凝土结构使用状态的评估结果影响显著,且耦合分析预测结果更为精确.     

基于塑性损伤理论的钢筋混凝土锈胀裂纹模拟

基于混凝土的塑性损伤理论建立了钢筋混凝土保护层锈胀开裂的有限元模型．通过位移加载来模拟钢筋的锈胀作用,以最大应变作为混凝土损伤的判据,通过衰减混凝土弹性模量来实现混凝土损伤,研究了钢筋锈蚀引起的混凝土保护层内裂纹发生和扩展的轨迹．为了直观表示开裂轨迹,通过ABAQUS子程序USDFLD定义拉伸状态下的场变量fl,给出了内部裂纹、表面裂纹产生时对应的临界锈蚀率,探讨了钢筋直径、锈胀系数、保护层厚度对临界锈蚀率的影响．结果表明：侧向裂纹从混凝土内部钢筋表面开始扩展,竖向裂纹从混凝土保护层的外表面开始向内部扩展,且出现较晚;临界锈蚀率随着钢筋直径、锈胀系数的增大而减小,特别是锈胀系数的影响更显著,而保护层厚度对临界锈蚀率的影响不明显。