基于磁场梯度张量局部模量的钢筋锈蚀监测方法

为研究钢筋混凝土中钢筋锈蚀的无损及定量监测方法,分析地球背景磁场和环境干扰磁场的影响,探讨钢筋的锈蚀率与磁场梯度张量局部模量的理论公式. 通过8根钢筋进行通电加速锈蚀试验模拟钢筋不同程度的锈蚀. 研制钢筋锈蚀监测系统,测量锈蚀前后钢筋的磁感应强度,采用磁场梯度张量局部模量反演钢筋的锈蚀率. 试验结果表明:在钢筋锈蚀后测试的磁感应强度曲线发生非等距离的偏移,磁感应强度绝对值相比锈蚀前有增大也有降低,没有一致性的规律;在锈蚀后钢筋磁场梯度绝对值及局部模量的平均值减小;在钢筋锈蚀的磁场监测中,钢筋自身的磁场梯度及局部模量远远大于环境磁场,环境磁场的梯度及其局部模量可忽略不计;8根试件的计算锈蚀率与试验中实际失重率的最小误差为0.22%,最大误差为9.40%,误差的平均值为3.92%,误差的标准差为3.32%.      

锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的试验研究

通过对不同锈蚀量的光面钢筋和变形钢筋进行拔出试验,得到了两种钢筋与混凝土的粘结性能随着不同钢筋锈蚀量的变化规律;根据试验结果的统计分析,给出了两种钢筋锈蚀后与混凝土的粘结强度计算公式;最后,还给出了锈蚀钢筋与混凝土的粘结本构关系,可用于具有锈蚀钢筋的混凝土结构的有限元分析。     

变形钢筋与混凝土黏结强度与其影响因素分析

对变形钢筋与混凝土的黏结性能进行了理论分析,通过对不同锈蚀时间的变形钢筋进行拔出试验,得到变形钢筋和混凝土的黏结强度与各影响因素之间的关系;根据试验结果及统计分析,给出了变形钢筋锈蚀后与混凝土的黏结强度计算公式。该结果为钢筋混凝土结构承载能力和耐久性研究打下了基础,可用于桥梁等结构寿命研究。     

变形钢筋与混凝土黏结强度与其影响因素分析

对变形钢筋与混凝土的黏结性能进行了理论分析,通过对不同锈蚀时间的变形钢筋进行拔出试验,得到变形钢筋和混凝土的黏结强度与各影响因素之间的关系;根据试验结果及统计分析,给出了变形钢筋锈蚀后与混凝土的黏结强度计算公式。该结果为钢筋混凝土结构承载能力和耐久性研究打下了基础,可用于桥梁等结构寿命研究。     

锈蚀率对同类型RC梁抗弯刚度影响

专门针对相同钢筋类型(保护层厚度、钢筋类型、钢筋直径以及配筋率)的钢筋混凝土梁,开展锈蚀率对其抗弯刚度影响研究,通过对相同类型但不同锈蚀率的钢筋混凝土梁静载试验,得到了挠度与曲率的关系,进而分析了锈蚀率对梁曲率的影响,推导出跨中弯矩与曲率之间的关系,进一步考虑不同锈蚀率下弯矩增长与抗弯刚度之间的关系,建立了考虑锈蚀率的梁的抗弯刚度退化系数计算公式.可为既有公路混凝土桥梁耐久性评估提供参考依据.     

钢筋锈蚀下RC梁剩余刚度计算研究

通过对普通钢筋的快速锈蚀试验数据分析得出锈蚀速率与各影响因素之间的关系,并结合锈蚀钢筋拉拔试验,研究粘结强度的衰减,将钢筋锈蚀影响引入到桥梁剩余刚度计算中,对规范公式进行修正,给出锈蚀后钢筋混凝土梁剩余刚度的计算公式修正方法,为旧桥评估提供参数。     

基于Wiener退化对镁水泥混凝土中钢筋的锈蚀预测

镁水泥混凝土对钢筋的腐蚀限制了其广泛的推广应用,为解决这一难题,提出利用涂层来缓解其对钢筋的腐蚀,确保镁水泥钢筋混凝土建筑满足设计规定的使用年限要求. 根据西部盐渍土地区的自然环境,采用溶液浸泡加速锈蚀的试验方法对氯氧镁涂层钢筋混凝土进行快速腐蚀试验;运用电化学工作站周期性地对氯氧镁涂层钢筋混凝土试块进行电化学试验;以表征涂层钢筋锈蚀的电化学参数（腐蚀电流密度）作为退化指标,在Wiener退化过程的基础上进行可靠度建模并且对涂层钢筋进行锈蚀预测. 研究结果表明:利用涂层钢筋腐蚀电流密度作为耐久性退化指标可以得到镁水泥涂层钢筋混凝土中的涂层钢筋锈蚀的可靠度函数,并确定出涂层钢筋在30 000 d左右达到中等腐蚀.      

损伤混凝土构件中钢筋界限锈蚀量的研究

研究了混凝土的徐变和混凝土的非线性性质,研究损伤混凝土构件中钢筋界限锈蚀量,用有限元软件ANSYS对钢筋锈胀效应进行了非线性有限元分析.计算表明:保护层厚度与钢筋直径的比、混凝土的强度是影响混凝土保护层开裂时钢筋锈蚀深度(界限锈蚀深度)的重要因素.比值越大,界限锈蚀深度越大;混凝土的强度越大,界限锈蚀深度越大.     

锈蚀钢筋混凝土桥墩抗震性能数值模拟

锈蚀钢筋混凝土桥墩处于抗震不利状态,因而其抗震滞回性能研究尤为重要。笔者从钢筋截面积减小、屈服强度降低以及钢筋和混凝土黏结性能退化等方面,进行了锈蚀钢筋混凝土结构性能退化机理分析,通过建立锈蚀钢筋混凝土桥墩有限元模型,分析了桥墩在反复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线和耗能性能随锈蚀率的变化,结果与试验吻合较好,证明了模拟锈蚀钢筋混凝土桥墩滞回性能的有效性。     

基于时序分析的锈蚀RC拱损伤识别:仿真与验证

针对钢筋锈蚀导致的钢筋混凝土(RC)拱桥结构损伤问题,提出了基于加速度数据时序分析的锈蚀RC拱桥损伤识别方法.首先,考虑钢筋锈蚀等材料劣化因素,建立了钢筋锈蚀与结构刚度退化的映射关系;其次,借助ANSYS软件平台,建立了考虑初始刚度损伤的劣化RC拱肋有限元模型,并与试验数据进行了对比,验证了锈后有损结构有限元仿真的有效性;随后,基于经试验验证后的数值模型,得到了不同损伤工况下的RC拱加速度响应;然后,利用加速度响应建立时序模型,将待识别工况与完好工况的模型残差的方差之比作为损伤特征指标,获取了锈蚀率与损伤特征指标之间的定量关系,给出了针对不同钢筋直径的计算模式;最后,将室内模型试验的实测数据送入所建立的定量关系进行预测,计算结果与实测结果相差2.86％,进一步验证了所提方法的有效性.     

混凝土搅拌棒振子的动力特性分析

以混凝土搅拌棒为研究对象,建立了一个理想的力学模型－受集中质量作用下的自由－自由梁,导出其运动微分方程,并利用微分方程的解、边界条件及集中质量处的连续条件得到了矩阵形式的频率方程。最后探讨了振子在搅拌棒上不同位置发生共振时,振子的偏心距、搅拌棒的尺寸和激振频率之间的关系。     

锈蚀钢绞线力学性能的试验研究

利用电化学快速锈蚀方法获得了混凝土中不同锈蚀程度的钢绞线,并得到了裂缝宽度与锈蚀重量损失率之间的关系。通过静拉伸试验数据的回归分析得出名义极限强度、名义弹性模量和极限延伸率的降低与锈蚀重量损失率之间的关系。     

海洋环境下钢筋混凝土桥梁结构的耐久性评估

以海洋环境为背景,从钢筋和混凝土自身的劣化出发,根据Fick扩散定律,推导出沿海环境下钢筋初始锈蚀时间的计算公式.考虑钢筋坑蚀的特点,选择了适合的钢筋劣化模型和混凝土劣化模型,建立了偏心受压结构按承载力极限状态计算的抗力劣化模型,并运用可靠度分析方法对某跨海大桥的墩柱进行了耐久性评估.     

模拟酸雨侵蚀环境下钢筋混凝土结构长期性能研究综述

为深化对酸雨侵蚀环境下钢筋混凝土结构长期性能演变机制的认识,论述了酸雨侵蚀作用下混凝土材料腐蚀机理、侵蚀模型和物理力学性能时变过程;分析了酸雨锈蚀钢筋的溶液腐蚀机理和大气动态冲刷机制,总结了锈蚀钢筋形貌表征与锈蚀率指标定量化研究成果,归纳了已有锈蚀钢筋力学性能退化模型和本构模型,概述了钢混界面黏结性能演变规律和黏结-滑移本构关系模型;梳理了梁、柱构件及结构静、动力学性能演变规律的室内试验结果、理论计算方法和数值仿真结果的最新研究进展与不足,并展望了未来的研究方向与重点。研究结果表明:酸雨腐蚀混凝土可归因于酸雨离子成分的交互作用,亟需适用性较强的理论模型以揭示腐蚀和扩散机制;室内加速试验揭示了酸雨侵蚀作用下混凝土物理力学性能时变规律,应完善室内加速试验制度,搭建耦合宏细观层次关键指标的混凝土损伤评价体系和预估模型;酸雨加速锈蚀钢筋试验多基于均匀锈蚀,钢筋腐蚀方法和形貌表征逐渐向不均匀锈蚀发展,应进一步发展高精度扫描技术,借助统计分析理论建立钢筋不均匀锈蚀特征参数,优化钢筋力学性能退化模型;通电锈蚀试验和拉拔试验演绎了钢混界面黏结性能演化规律,并建立了黏结-滑移本构关系,但忽略了实际钢筋混凝土结构的受力特点,且锈蚀过程显著区别于自然锈蚀,应考虑酸雨环境与材料特性复杂多变的特点,研究细微观钢混界面损伤行为,揭示酸雨环境、材料特性与黏结性能的内在关系;酸雨侵蚀钢筋混凝土结构时效性能研究多集中在试件层次,且采用腐蚀试验与承载力试验分阶段进行,忽略了荷载-环境的耦合作用,试验所设环境较为单一,试验制度与方法亦未统一,应对标实际工程,考虑实际结构承载和环境工况,搭建长期荷载-酸雨侵蚀耦合作用试验系统,探索荷载-环境-材料多场关联机制,完善理论计算方法与数值仿真手段,揭示结构长期性能演变过程,并推动现场暴露试验发展,量化室内-现场映射关系,指导工程实际。      

冷轧带翼钢筋剪力墙结构抗震性能试验研究

冷轧带翼钢筋（CDB-W）是一种新型的冷轧变形钢筋,该钢筋是以普通低碳热轧钢筋（高线圆盘或棒条）为母材经专门的生产工艺加工而成。冷轧带翼钢筋具有强度高、粘结握裹力强、施工方便等优点,在建筑工程中得到愈来愈广泛的应用。制作了冷轧带翼钢筋混凝土剪力墙结构1/2缩尺模型进行了地震模拟振动台试验,分析了模型的破坏现象,研究了在不同的地震波形和不同的地震烈度下,试验模型的自振频率变化及加速度、位移和应变反应,检验了模型的抗震能力。在试验的基础上进行了相关的理论研究。利用有限元软件ANSYS建立了冷轧带翼钢筋剪力墙模型,进行了相应的结构非线性时程分析。计算结果与实测符合较好。     

基于GFRP-OFBG筋的桥梁缆索索力测量技术研究

基于内嵌光纤Bragg光栅传感器的光纤光栅．玻璃纤维增强塑料复合筋（GFRP—OFBG筋）,研究了GFRP-OFBG筋自身的应变和温度传感特性,研究结果表明,GFRP—OFBG智能筋具有优异的线性传感性能,筋中光栅测量的应变极限达12000με以上,波长变化达14nm;对于用GFRP-OFBG筋替换普通钢绞线的中丝而得到的GFRP-OFBG智能钢绞线,进行了应变传感、温度敏感和钒绞线松弛试验,试验结果表明,GFRP—OFBG智能钢绞线具有优异的线性传感性能和较低的应力松弛率,并可实现钢绞线受载全过程监测,绞线中光栅测量应变极限为11568．2με,光栅波长变化为15．966nm;对直接增加GFRP—OFBG筋制成的光纤光栅平行钢丝智能索和直接增加GFRP-OFBG智能钢绞线得到的光纤光栅平行钢绞线智能索,进行荷载传感试验,试验结果表明,智能索的感知线性度和重复性都比较好,并可监测70％以上公称破断索力。智能索工程应用案例表明,GFRP—OFBG筋智能拉索在实际工程中很容易得到车辆荷载下的响应曲线。     

现役桥梁混凝土钢筋在自然环境下的锈蚀特征及分级评价

运用多种电化学方法,对现役桥梁进行了无损量化检测,分析了自然环境下的钢筋锈蚀特征,总结了自然环境对钢筋锈蚀率的影响规律,通过与前期实验室结果对比,揭示了自然环境与加速模拟环境的区别与联系.并对实测情况做了分级讨论.实桥测量结果表明：潮湿处的钢筋失重率最高达到33%,最低为18%;而干燥处钢筋失重率则分布在8%--15%之间.实测结果还表明：涂刷了防水层的箱梁及护栏,有助于保护混凝土内部配筋,能有效降低内部配筋的腐蚀速率,其失重率仅为4%~8%.承载重的桥台钢筋高于承载轻的护栏钢筋的锈蚀率.     

竖向预应力筋对连续刚构桥受力影响分析

竖向预应力筋在连续刚构桥中主要起控制腹板主拉应力的作用,根据现行规范分析了不同长度竖向预应力筋的损失比例,提出了减小竖向预应力损失的几种措施;针对目前设计中采用的滞后张拉竖向预应力筋的方法,开展了3种滞后张拉竖向预应力筋方式对连续刚构桥受力的影响分析,在此基础上提出了竖向预应力合理张拉时间的建议;建立了箱梁腹板的细部有限元模型,详细地分析了腹板在单根竖向预应力筋作用下的应力分布情况和腹板上缘出现拉应力的原因,据此提出避免上缘拉应力出现的构造措施。