混凝土中氯离子扩散数值分析方法及实桥应用

氯离子在混凝土中扩散聚积到一定浓度后会引起钢筋锈蚀,钢筋锈蚀引起的混凝土保护层锈胀开裂影响钢筋混凝土结构正常使用性能,对氯离子扩散系数进行修正,修正系数可以考虑时间效应、温度效应和湿度效应,将修正扩散系数与有限元软件结合得到氯离子渗透数值分析方法,通过氯离子在试块中一维和二维渗透试验结果对数值分析方法进行验证,最后将数值分析方法应用到实桥中。研究结果表明:基于本文建立的氯离子渗透数值分析方法的计算值与试验值吻合较好;预应力T梁在考虑氯离子空间分布下,相同深度而位置不同处的氯离子浓度不同,最外层钢筋在100 a时氯离子浓度最大值为0.231%;预应力箱梁计算结果说明底板角部钢筋在最大龄期100 a时氯离子浓度为1.03 kg/m3是中部位置氯离子浓度的1.30倍,结果均小于临界氯离子浓度,说明箱梁内钢筋在服役期内不会发生锈蚀。     

考虑氯离子侵蚀的钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度

基于混凝土中氯离子扩散及其引起钢筋锈蚀的机理,提出了钢筋面积随时间变化的公式.根据锈蚀钢筋疲劳试验,提出了反映钢筋疲劳性能的疲劳强度时变模型.基于上述模型,运用线性累积损伤法则和蒙特卡罗方法,对钢筋混凝土桥梁进行疲劳可靠性分析,计算其时变疲劳可靠度.结果表明:氯离子侵蚀作用下,钢筋有效截面减小和疲劳性能衰减显著降低桥梁结构的疲劳可靠指标.本文建立的计算模型能够为结构疲劳可靠性的鉴定以及结构构件的维修决策提供有效参考.     

钢筋混凝土结构锈蚀开裂模型研究

为揭示钢筋混凝土结构锈蚀开裂的机理和裂缝相关参数的发展规律，对钢筋锈蚀作用下混凝土的开裂全过程进行研究，并建立混凝土锈蚀开裂模型。模型采用混凝土材料受拉指数型软化形式和黏结裂缝理论，将锈蚀开裂过程分为保护层未开裂、部分开裂和完全开裂三个阶段。推导每一阶段对应的应力状态、径向位移和裂缝状态等力学参数的表达式，获得计算混凝土保护层裂缝宽度的控制方程，并且给出求解该方程的数值计算方法。基于所建立的模型，研究裂缝从钢筋黏结表面扩展到混凝土保护层表面的全过程行为，讨论裂缝宽度、环向应力等参数的变化规律，预测混凝土保护层表面开裂时间与相应的临界锈蚀率。研究结果表明：钢筋表面和保护层表面的裂缝宽度的差值随锈蚀时间逐渐减小并最后趋于零；混凝土裂缝宽度和锈蚀率之间表现为正线性相关关系；混凝土保护层厚度与钢筋直径之比、混凝土抗拉强度和锈蚀膨胀系数等因素直接影响着保护层锈蚀开裂时间；最后，基于黏结裂缝理论建立的混凝土结构锈蚀开裂模型能够有效地预测试验值，可为钢筋混凝土结构锈蚀开裂机理研究提供依据。     

多环境腐蚀作用下钢筋混凝土梁疲劳损伤模型

地铁、轻轨等城市轨道交通混凝土结构常处在杂散电流、氯离子与疲劳荷载共同作用下服役。针对这种典型服役条件下钢筋混凝土疲劳损伤行为,开展了30V杂散电流与3.5%氯离子多环境腐蚀作用下钢筋混凝土梁四点弯曲疲劳试验研究。基于弯曲疲劳模量退化,建立用于这种典型服役条件下钢筋混凝土梁的非线性疲劳寿命预测和疲劳累积损伤模型。研究结果表明:杂散电流和氯离子多环境腐蚀对钢筋混凝土梁疲劳损伤影响显著,且疲劳荷载越大影响越大。损伤过程分初始损伤、累积损伤和失效破坏等3个阶段,破坏时无征兆。本文所建立的非线性疲劳损伤模型可描述这一损伤演化趋势,预测结果与实测值吻合较好。     

主筋锈蚀对钢筋混凝土梁承载特性的影响

基于适当的钢筋、混凝土本构关系以及锈蚀钢筋和混凝土的黏结滑移模型,建立有限元模型,对5根不同主筋锈蚀率的钢筋混凝土梁进行承载特性分析。获得了梁中点处的荷载-挠度关系,受力筋的应变分布以及钢筋与混凝土之间的滑移分布。研究结果表明：随着受力筋锈蚀率的增大,钢筋混凝土梁的极限承载力降低,延性下降,受力筋的最大拉应变和伸长量逐渐增加,钢筋和混凝土之间的滑移量也大幅增加。     

铁路梁桥在多因素腐蚀环境影响下构件抗弯性能研究

为了研究西格铁路专用线中桥梁结构在多种因素腐蚀环境影响下抗弯性能的变化,分别分析水分、二氧化碳浓度以及氯离子等因素对钢筋抗拉强度、有效受拉面积、混凝土碳化以及两者之间的黏结强度等性能方面的影响,基于钢筋锈蚀之后与混凝土之间重新形成的协同工作关系,通过构造新的几何条件,对锈蚀钢筋混凝土构件抗弯承载力的计算公式重新进行推导,分析钢筋锈蚀程度对构件抗弯性能的影响。研究表明:钢筋混凝土构件在腐蚀环境长期作用下,钢筋的抗拉强度不断降低,有效受拉面积不断减小,混凝土碳化现象加剧,两者之间的黏结性能削弱;通过重新构造锈蚀钢筋与混凝土之间应变关系,推导得到的锈蚀钢筋混凝土构件抗弯承载力计算公式可以较好地反映试验结果;随着钢筋锈蚀程度的不断增加,构件抗弯承载力损失率也在不断提高,当锈蚀率达到17%时,构件承载力损失率可达到30.33%。     

锈蚀钢筋混凝土黏结滑移试验研究

钢筋锈蚀后,其与混凝土的黏结作用会明显减弱,混凝土结构的安全性和耐久性将受到严重影响。为研究锈蚀钢筋混凝土黏结滑移关系,本文制备20个钢筋混凝土立方体拉拔试件,通过电化学腐蚀试验加速钢筋锈蚀。通过拉拔试验,获得多种锈蚀率下钢筋混凝土试件黏结强度随着滑移的变化规律。通过对试验数据的分析,提出黏结强度降低系数与滑移比的计算公式,并利用黏结强度降低系数和滑移比改进《混凝土结构设计规范》中钢筋混凝土黏结滑移关系,得到锈蚀钢筋混凝土黏结滑移本构模型,对实际工程有较好的指导作用。     

钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度分析

考虑钢筋疲劳强度随时间变化,提出疲劳强度时变模型.在此基础上对钢筋混凝土桥梁进行疲劳可靠度分析.基于混凝土碳化模型和钢筋锈蚀深度公式推导钢筋截面面积随时间变化公式.根据试验数据,提出S-N曲线中疲劳强度系数下降的疲劳强度时变模型.基于钢筋截面面积和疲劳强度时变,运用极限损伤度法和改进的一次二阶矩法,求解失效概率与疲劳可靠指标,然后根据选定的目标可靠指标获得桥梁的剩余寿命.算例表明:考虑和不考虑钢筋截面面积随时间的变化,对钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度计算的影响较大;在桥梁的钢筋锈蚀到一定程度后,考虑和不考虑钢筋疲劳强度随时间的变化,对钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度计算有明显的影响.     

混凝土碳化及氯离子渗透试验

某建筑物由于在砌筑砂浆及抹灰砂浆中误掺了一种含氯碱渣,致使钢筋锈蚀。文章介绍对其混凝土碳化、氯离子渗透深度及分布进行了试验研究,为确定钢筋锈蚀的原因及锈蚀程度提供依据。     

钢筋混凝土结构锈蚀防护技术研究与应用

通过试验研究,科学评价新型钢筋阻锈剂Sika901的阻锈性能。将多项钢筋混凝土结构锈蚀防护技术应用于处于高浓度氯离子(Cl-)环境下的建筑物防护,从而构筑多道防腐蚀介质的防线。     

火灾下矩形钢筋混凝土梁柱温度场的CA模拟

建筑物遭受火灾高温作用时构件的承载力、耐久性会受到不同程度的损伤,使整个建筑结构的安全性降低。确定火灾下混凝土结构的温度场分布是进行火灾下力学性能分析的前提,而混凝土结构温度场一般不受其内力和变形状态影响,因此温度场分析可以先于结构分析独立进行。本文基于元胞自动机(Cellular Automata,CA)原理建立了火灾下钢筋混凝土热扩散的CA模型,并通过CA模型复原了传热过程。使用CA模型计算分析了失火混凝土梁柱试件三面受火的情况下横截面内温度分布场,并和现有试验结果进行了比较,两者吻合度较好,证实了CA模型在火灾下钢筋混凝土中温度场分析的可行性和有效性。运用CA模型对不同受火方式下的矩形钢筋混凝土梁柱温度场进行分析,得到钢筋混凝土梁柱截面内的温度损伤与受火方式及受火时间密切相关。四面受火时,温度损伤最为严重,且靠受火面越近升温速度越快。     

基于热-应力耦合分析的钢筋锈蚀作用下隧道衬砌结构性能劣化规律研究

为探究钢筋锈蚀对衬砌结构性能的影响,基于应力场与温度场的耦合分析建立拉拔试验数值模型,并通过试验与计算结果对比验证了模型的可靠性,最终构建锈蚀作用下的衬砌结构性能劣化模型,分析不同锈蚀率下衬砌结构的性能退化规律.研究结果表明:(1)随着衬砌内部钢筋锈蚀率的增大,衬砌各部位的变形量与第一主应力均有不同程度的增加;(2)随...     

考虑耐久性损伤的钢筋混凝土梁疲劳寿命试验研究

为研究主筋锈蚀、混凝土碳化等耐久性损伤后钢筋混凝土梁的疲劳性能,对1根钢筋未锈蚀静载对比梁、1根钢筋未锈蚀疲劳加载对比梁、4根钢筋锈蚀疲劳加载试验梁和4根混凝土碳化钢筋锈蚀疲劳加载试验梁进行了试验。试验梁钢筋平均锈蚀率均按6%、8%、10%、12%设计。结果表明:随着试验梁受力主筋锈蚀率增加,试验梁疲劳寿命显著降低,破坏形态由纵筋疲劳断裂演变为受压区混凝土沿梁纵向锈胀开裂,疲劳荷载作用后受压区出现纵、横、竖3个方向裂缝贯通混凝土崩裂并最终受压失效。试验梁最大跨中挠度随着锈蚀率的增加和疲劳加载次数的增加逐渐增大,试件梁抗弯刚度显著劣化。通过理论分析和试验结果拟合,提出以分段线性函数描述试验梁疲劳寿命与锈蚀率之间的关系,即以临界锈蚀率为界建立基于不同钢筋锈蚀率的锈损钢筋混凝土梁分段线性疲劳寿命预测模型。     

局部受热锈蚀预应力混凝土梁力学性能试验研究

随着我国基础建设的发展,大量混凝土桥梁在恶劣环境影响下发生腐蚀和老化,腐蚀桥梁结构的灾害破坏机理研究对桥梁结构的运营安全具有重要意义。为研究已经锈蚀受损的桥梁在局部受热状态下的高温力学性能,设计10根预应力混凝土梁试件。其中对照组的2根试件在常温下加载,试验变量为预应力筋初始应力,试验组的8根试件在高温下加载,试验变量分别为钢筋锈蚀、预应力筋初始应力、初始荷载。首先,基于电化学原理对4根预应力混凝土梁进行钢筋加速锈蚀处理,然后利用复合高温试验炉对8根预应力混凝土梁(4根锈蚀、4根未锈蚀)在跨中进行三面受火试验。最后,采用数值方法对局部受热预应力混凝土梁进行了仿真分析。研究结果表明：局部受热条件下,预应力混凝土梁的承载能力会发生明显降低,下降幅度约为11.3%～14.9%;钢筋锈蚀导致的混凝土开裂会对预应力混凝土梁的抗火性能产生不利影响,主要表现为2个方面,1)相同试验条件下,锈蚀后的试件预应力增量更大;2)锈蚀试件在局部受热条件下承载能力下降幅度更大,约为19.4%～21.9%;增大预应力筋的初始应力可以减小预应力混凝土梁在局部受热时的高温蠕变变形;局部高温作用下预应力混凝土梁对初始荷...     

氯离子对混凝土结构的腐蚀破坏与防治对策

通过对氯离子环境下混凝土结构中钢筋腐蚀机理的分析，结合国内外相关对氯离子在混凝土中的渗透扩散模型的研究成果，总结了预防和治理混凝土结构被氯离子破坏的方法和措施，为进行混凝土耐久性研究与设计提供参考。     

材料耐久性损伤对混凝土构件抗震性能影响

通过试验验证有限元分析合理性,采用非线性分析方法并考虑钢筋锈蚀后黏结滑移性能退化,并从碳化率的角度,研究材料耐久性损伤对钢筋混凝土构件抗震的影响。研究结果表明:混凝土碳化对构件承载力、刚度及延性影响较小,碳化对构件滞回性能的影响主要体现在滞回曲线饱满程度降低,随碳化率的增大耗能能力退化明显,当保护层混凝土完全碳化时,耗能性能约降低28%。钢筋锈蚀对构件滞回性能影响较大,承载力、延性及耗能性能均随锈蚀率的增大而降低;考虑黏结滑移后,构件开裂前滞回性能变化不大,随着荷载增大,考虑黏结滑移要比不考虑黏结滑移时构件刚度及延性退化更为严重,但对承载力及耗能退化影响较小。综合考虑碳化及钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件抗震性能的影响,建议在抗震区控制构件碳化深度及钢筋锈蚀,限制保护层混凝土碳化率不大于60%及锈蚀率不大于10%,从而保证结构良好的抗震性能。     

环氧树脂涂层钢筋及其应用

钢筋锈蚀是引起混凝土结构耐久性下降的最主要和最直接因素。混凝土中的钢筋锈蚀一般为电化学锈蚀。当二氧化碳、氯离子等腐蚀介质侵入时，混凝土的碱性降低，或者混凝土保护层受拉开裂等都将造成全部或局部地破坏钢筋表面的钝化状态，钢筋表面的不同部位会出现较大的电位差，形成阳极和阴极，在一定的环境条件下(如氧和水的存在)，钢筋就开始     

氯盐环境下混凝土内钢绞线的锈蚀特性试验研究

预应力钢筋的锈蚀特性是研究预应力混凝土结构耐久性失效及防治的基础,为此,分别采用内掺盐和外浸盐2种方式在自然气候条件下作了如下3组混凝土内钢筋锈蚀的对比试验:钢绞线与热轧带肋钢筋、钢绞线与热轧光圆钢筋、钢绞线中心钢丝与热轧光圆钢筋。通过对锈蚀过程中锈蚀电流密度的测试以及试验完毕后的破形观察与称重对比和分析,得到如下结果:钢筋外表面锈蚀程度在面向保护层侧明显严重于背向保护层侧;钢绞线及其中心钢丝外表面锈蚀相对最不均匀,具有严重的局部锈蚀———坑蚀形态,带肋钢筋次之,光圆钢筋相对最均匀、全面;钢绞线内表面发生类似于空气中的相对全面、均匀的锈蚀;钢绞线的平均外表面锈蚀率小于热轧带肋钢筋的与热轧光圆钢筋的,但严重的局部锈蚀对其受拉性能极其不利。另外,还对上述锈蚀特性进行了电化学机理分析。     

受腐蚀预应力混凝土桥梁病因分析

文章对京广线石家庄百孔大桥受腐蚀预应力混凝土桥梁病因进行了分析。给出了钢筋锈蚀状态的判别准则,并对预应力钢丝的锈蚀状态进行了检测和判断。对普通钢筋及预应力管道设计保护层厚度进行检测表明,太小的保护层厚度对腹板钢筋和预应力钢丝的锈蚀防护极为不利。通过对梁体碱活性骨料的种类、数量和碱含量测试,认为部分梁体已经发生了较严重的碱硅反应,它是造成腹板沿筋开裂的主要原因。对梁体氯离子分布检测表明,本桥所受的氯离子侵蚀,已到十分严重的地步,建议全部更换曲线区段梁体,对于未更换的梁,应进行加固和增设防水层、完善排水系统。     

混凝土中钢筋锈蚀程度发展及力学性能影响

本文通过混凝土中钢筋锈蚀程度发展对保护层开裂和钢筋力学性能影响的研究,给出了过程中各影响因素间量变关系的试验结论.对建设工程钢筋混凝土方案设计、原材料的选用、施工方法和钢筋保护措施的确定,对已建成构筑物的修补和继续使用进行评定,对保证铁路工程构筑物长期安全性等都具有重要的实际意义.