钢绞线非均匀锈蚀下混凝土胀裂细观数值模拟

针对捻制构造钢绞线非均匀锈蚀引起的混凝土胀裂问题,该文建立钢绞线锈蚀产物非均匀膨胀模型和钢绞线非均匀锈蚀下混凝土胀裂细观数值模型。混凝土材料被模拟为由砂浆基质、骨料、界面层所组成的三相复合材料,并通过嵌入黏聚单元模拟由钢绞线非均匀锈蚀导致的混凝土胀裂行为。通过与已有试验对比验证所建模型的合理性,并分析混凝土保护层厚度与骨料含量对锈胀裂缝宽度的影响。结果表明：所建立的非均匀细观数值模型能够合理地模拟钢绞线非均匀锈蚀导致的混凝土胀裂全过程。考虑钢绞线非均匀锈蚀特征可以有效地提高锈胀裂缝预测精度。锈胀裂缝宽度随混凝土保护层厚度减小而增大,随混凝土中骨料含量增大而减小。     

基于双G断裂准则的钢筋混凝土结构锈胀寿命预测

基于文献[1]提出的腐蚀钢筋混凝土钢筋锈胀力的公式,利用断裂力学理论推导了锈蚀钢筋混凝土构件裂缝扩展应变能释放率的表达式,应用双G断裂准则对锈蚀钢筋混凝土结构的裂纹扩展寿命进行了预测,分析了裂纹扩展寿命与混凝土强度等级,保护层厚度和钢筋直径的定量关系。结果表明：构件初始裂纹长度时锈胀的起裂、稳定扩展和失稳扩展寿命影响非常严重;钢筋直径和混凝土强度等级的增加会引起裂纹扩展寿命的增加,随着混凝土保护层厚度的增大,裂纹扩展寿命略有下降趋势。因此,为提高混凝土结构的耐久性,合理设置混凝土保护层厚度是至关重要的。     

混凝土桥梁保护层锈胀剥落过程分析

以箱梁桥的混凝土保护层为研究对象,根据弹性理论推导了锈胀力计算公式,并通过数值仿真分析,提出了混凝土保护层剥落方式判据,得出了局部剥落锈胀力与混凝土保护层厚度和材料强度有关、整体剥落锈胀力与混凝土中的钢筋间距及材料强度有关的结论,并进一步通过多项式拟合分析得到了极限锈胀力计算公式。     

钢筋混凝土锈胀裂缝宽度扩展的试验研究

试验研究了钢筋直径、混凝土强度等级、保护层厚度、腐蚀电流、钢筋位置和钢筋类型等因素影响下钢筋混凝土锈胀裂缝扩展规律。结果表明,锈胀裂缝随时间呈线性增大趋势,通过对试验数据的分析提出了锈胀裂缝宽度预测的经验公式。     

钢拱架锈蚀作用下型钢混凝土梁抗弯承载力研究

针对海底隧道中的钢拱架锈蚀使初期支护承载力降低的问题,为从宏观角度体现锈蚀对于钢拱架承载力的影响,采用电加速腐蚀试验得到不同锈蚀率的钢拱架,并将不同锈蚀率的钢拱架混凝土梁进行抗弯承载力试验。 结合数值模拟分析,得到以下结论: 1)锈蚀后的工字钢混凝土梁承载力随锈蚀率增加而减小,锈蚀率每增高1%,承载力平均下降 5.1 kN; 2)锈蚀工字钢混凝土梁加载过程中,当锈蚀率小于或等于1.5%时混凝土梁主要出现横向裂缝,锈蚀率大于1.5%时则主要出现贯通的纵向裂缝; 3)随着锈蚀率的增大,混凝土与工字钢之间的黏结作用减弱,混凝土应力、应变增大,反之工字钢应力、应变减小。     

局部锈蚀下Q550E钢梁抗弯性能试验研究

侵蚀环境下高性能钢结构普遍存在局部锈蚀病害，这将削弱结构的整体承载能力。为了研究局部锈蚀对钢结构承载力的影响程度，设计制作了7片H形Q550E高性能钢梁，研究不同局部锈蚀对高性能钢梁抗弯性能的影响。首先对其中6片试验梁的弯剪段和纯弯段开展了不同锈蚀率的加速锈蚀，另1片为未锈蚀对比梁。接着，对试验梁开展四点弯曲分级加载试验，采集并对比分析了试验梁关键截面的应变和挠度数据。结果表明：锈蚀导致试验梁的承载力、屈服挠度、极限挠度和延性降低，相同锈蚀率下纯弯段性能降低程度大于弯剪段；右半截面承载力比下半截面降低程度更大；所有试验梁均为受压翼缘屈曲失稳破坏；SCR梁屈曲发生在弯剪段，其他试验梁屈曲位置位于纯弯段；弹性阶段腹板应变符合平截面假定，试验梁受拉翼缘一般先于受压翼缘屈服，因此随着荷载的增加，会出现截面中性轴上移现象；整体锈蚀比纯弯段下半截面锈蚀时的剩余承载力低，主要因为整体锈蚀时受压翼缘存在锈蚀削弱，导致试验梁屈曲提前，承载力降低；局部锈蚀的不均匀性会产生翼缘应力集中，导致PCR试验梁比整体锈蚀梁承载力低；与普通钢梁相比，锈蚀对于高性能钢梁承载力退化影响更大；对于顶板和底板锈蚀，梁的剩余承载力与其锈蚀程度为线性关系。     

海洋环境下混凝土结构保护层厚度问题的研究

从钢筋混凝土裂缝形成的原因,探索了钢筋混凝土保护层的厚度对裂缝宽度的影响,为了限制裂缝宽度,保护层不宜过大;考虑海上桥梁钢筋混凝土结构所处的环境,探索钢筋锈蚀2个重要原因,并且确立氯离子的渗透作用是决定保护层最小厚度的主要因素,并以杭州湾跨海大桥为例,最后得出海洋环境下钢筋混凝土结构的合理保护层厚度。     

海洋环境下混凝土结构保护层厚度问题的研究

从钢筋混凝土裂缝形成的原因,探索了钢筋混凝土保护层的厚度对裂缝宽度的影响,为了限制裂缝宽度,保护层不宜过大;考虑海上桥梁钢筋混凝土结构所处的环境,探索钢筋锈蚀2个重要原因,并且确立氯离子的渗透作用是决定保护层最小厚度的主要因素,并以杭州湾跨海大桥为例,最后得出海洋环境下钢筋混凝土结构的合理保护层厚度。     

裂缝两侧钢筋应力分布特征研究

采用有限元方法分析了裂缝附近钢筋应力的分布情况,研究了钢筋直径、裂缝角度及保护层厚度等参数的影响。研究结果表明,裂缝两侧钢筋应力的局部增大导致其周围的混凝土应力呈现集中现象,钢筋直径和保护层厚度对钢筋及混凝土间相互作用影响显著,裂缝倾角的影响不明显。     

海洋环境下混凝土中钢筋加速锈蚀研究

为研究海洋环境下氯离子渗透导致混凝土中钢筋电化学腐蚀行为、锈胀裂缝发展及锈斑分布情况,同时为青岛地铁高性能混凝土配合比的优化及耐久性能提供试验依据,设计了上置腐蚀溶液槽的钢筋混凝土试件,并针对C40、C50、C50S和C55 4类钢筋混凝土试件开展恒电位加速试验。试验结果表明： 采用本试验方法加速钢筋混凝土锈蚀,靠近混凝土保护层一侧的钢筋锈蚀严重,钢筋出现点蚀现象,与自然环境下钢筋锈蚀情况一致; 依据交流阻抗谱图拟合的钢筋电荷转移电阻随腐蚀时间增加而下降,依据计算的腐蚀电流密度,测试的钢筋电流演变拐点可确定C40、C50、C50S和C55混凝土中钢筋脱钝时间分别为60～70、80～90、90～100、100～110 h,钢筋混凝土锈胀开裂时间分别为120、136、176、264 h; 采用图像处理软件依据灰度值不同可实现锈斑分布的定量计算,混凝土护筋能力排序为C55>C50S>C50>C40。     

RC桥梁碳化腐蚀下的开裂风险、耐久性和全寿命成本分析

基于改进的碳化深度预测模型,利用最新的CO<,2>浓度数据,发展了时变可靠度模型计算混凝土结构在碳化腐蚀下的开裂概率.建立概率模型可以考虑CO<,2>浓度、扩散过程、劣化机理、钢筋的位置、保护层深度、腐蚀电流的随机性和不确定性.计算了不同耐久性设计状态下和不同的锈胀开裂宽度准则下在碳化腐蚀作用下的开裂风险.建立了全寿命...     

氯蚀环境下钢混沉管隧道结构时变性态研究

作为重大公共交通基础设施,跨海沉管隧道需具备良好的耐久性能,但在海洋氯蚀环境下隧道结构寿命预测及结构服役时变演化特性方面的研究尚存不足。为此,根据氯离子在混凝土中的扩散规律及钢筋混凝土的氯蚀机理,推导了基于正常使用极限状态的沉管隧道钢筋混凝土衬砌在氯蚀环境下的寿命预测计算模型,并根据相关规范细化了该预测模型的主要参数。在此基础上进一步推导建立了隧道结构钢筋锈蚀率和混凝土弹性模量衰减的时变模型,用于计算不同服役时长下隧道结构钢筋和混凝土的材料参数并作为有限元模型的输入参数。最后,将隧道寿命预测模型及结构时变模型应用于大连某钢混沉管隧道工程,预测该隧道的服役寿命,并分析隧道衬砌材料及结构力学性态随服役时长的时变特性。研究结果表明：①隧道钢筋锈蚀率和混凝土弹性模量衰减率随腐蚀时长均呈现三折线加速上升;②随着服役(氯蚀劣化)时长增加,沉管隧道拱顶跨中位置的内力(弯矩、轴力)逐渐减小,而沉降变形逐步增加;③沉管结构塑性区先出现在结构受拉部位,且在混凝土表面锈蚀胀裂前塑性区基本未发生扩大,而在混凝土表面被钢筋锈蚀胀裂后开始逐步扩大,并在结构受压部位出现塑性区;④在沉管结构受压部位出现塑性区前结构受压部位的最大Mises应力随服役时长不断增加,而在结构受压部位出现塑性区后结构的最大Mises应力加速下降。     

基于六盘山隧道衬砌混凝土腐蚀破坏分析及对策

宁夏盐渍地区混凝土工程(桥基、隧道)腐蚀破坏比较严重,作者通过现场水质调查分析和综合评价,分析了混凝土腐蚀破坏模式及其机理。针对工程病害以及该地区特殊的地质水文环境,研制了掺有粉煤灰和高效减水剂的双掺耐腐蚀混凝土配方。通过试验确定了这种混凝土性能优于规范中抗硫酸水泥,并接近高抗硫酸水泥,在保证双掺混凝土抗腐蚀性能的基础上降低了工程成本。同时,对隧道衬砌混凝土常见的开裂、渗漏破坏提出了相应的设计、施工建议,取得了较好的社会、经济效益。本文的研究成果为西北盐渍地区混凝土工程腐蚀破坏综合治理提供了经验。     

基于六盘山隧道衬砌混凝土腐蚀破坏分析及对策

宁夏盐渍地区混凝土工程(桥基、隧道)腐蚀破坏比较严重,通过现场水质调查分析和综合评价,分析了混凝土腐蚀破坏模式及其机理。针对工程病害以及该地区特殊的地质水文环境,研制了掺有粉煤灰和高效减水剂的双掺耐腐蚀混凝土配方。通过试验确定了的这种混凝土性能优于规范中抗硫酸水泥,并接近高抗硫酸水泥,在保证双掺混凝土抗腐蚀性能的基础上降低了工程成本。同时,对隧道衬砌混凝土常见的开裂、渗漏破坏提出了相应的设计、施工建议,取得了较好的社会和经济效益。     

体外配置CFRP预应力筋混凝土箱梁受力性能试验研究

制作了体外配置碳纤维(CFRP)筋预应力混凝土薄壁箱梁模型,对模型箱梁从CFRP预应力筋张拉、加载至混凝土开裂这一过程进行了试验研究,研究了预应力损失和均布荷载作用下箱梁跨中截面应力-应变分布规律、受压翼缘有效分布宽度系数、跨中挠度、抗裂性能以及CFRP体外预应力筋的应力变化情况,试验表明该箱梁具有良好的抗裂性能与变形性能,混凝土开裂引起顶板受压翼缘有效分布宽度系数增加小于5%。该研究为CFRP体外预应力筋在混凝土薄壁箱梁中的推广应用提供了可靠的试验依据。     

新建机场水泥混凝土道面厚度对弯沉的影响分析

为研究新建机场水泥混凝土道面厚度对弯沉的影响,文中对新建成都天府国际机场道面进行了重型落锤式弯沉仪(HWD)测试,并分析了道面板不同板厚和不同位置处的典型弯沉盆,对比了不同厚度道面板的板边弯沉和板中弯沉,以及板角弯沉和板中弯沉的比值。结果表明,对新建水泥混凝土道面来说,厚道面周围弯沉衰减速度较慢,道面厚度对板边弯沉/板中弯沉和板角弯沉/板中弯沉基本无影响。     

预应力对曲线钢-混凝土结合梁桥内力的影响及计算方法

基于有限元程序Sap2000建模分析了曲线钢-混凝土结合梁预应力作用下混凝土桥面板、箱梁底板的纵向应力和竖向变形,并给出了钢箱上翼缘及腹板竖向变形云图;结合预应力张拉前后中跨跨中截面顶板径向位移对比表和径向位移差值表,说明预应力作用下在最大跨跨中产生了明显的预拱,且外箱拱起量明显大于内箱;桥面板中跨跨中处径向位移的差值沿桥面宽度由内向外呈线性逐渐增大,内箱有向外移动的趋势,而外箱有向内移动的趋势,这些均由整个截面受到预应力产生的向心与向上扭转的转矩所致。     

CRC＋AC复合式路面结构层厚度对温度效应及车辙变形的影响

针对连续配筋混凝土与沥青混凝土（CRC＋AC）复合式路面结构的特点和现有研究的不足,运用断裂力学理论和有限元法,计算了CRC层的最大温度梯度、车辙深度、温度裂缝的扩展强度,分析了结构层厚度与CRC层的最大温度梯度、车辙深度、温度裂缝扩展强度的关系。结果表明：AC层厚度一般在不小于4cm时才能起到降低CRC层顶面最大温度的作用;CRC层的最大温度梯度随AC层和CRC层厚度的增加而递减;车辙深度随着AC层厚度的增加而递增;AC层厚度的增加能有效减小温度裂缝的扩展,其他结构层厚度对温度裂缝的扩展强度影响不大。研究结果可为合理设计CRC＋AC复合式路面的结构层厚度提供参考。