站台雨棚钢结构在锈蚀作用下的耐久性评估

考虑钢构件由锈蚀引起的几何削弱及材性退化,提出一种钢结构在锈蚀作用下的耐久性评估方法。通过引入大气腐蚀模型,采用锈蚀缺陷分析方法建立结构有限元模型,同时给出锈蚀钢材屈服应力比下降标准曲线得到结构剩余承载力准则。基于该评估方法,通过迭代计算构件的临界失重率,进而确定构件的损伤系数(耐久性指标)。结合算例阐述站台雨棚钢结构在大气均匀锈蚀作用下的耐久性评估流程。研究结果表明:站台雨棚整体结构的损伤系数随服役时间近似呈线性增长;均匀锈蚀引起的几何削弱与材性退化对结构整体的损伤系数几乎相同;该分析流程可为高铁站台雨棚在大气锈蚀作用下的耐久性评估提供参考。     

既有混凝土桥梁锈蚀疲劳问题的分段线性解

本文以钢筋的面积损伤作为基本假设，利用分段线性法来模拟混凝土梁的锈蚀疲劳过程，并得出按中－活载设计的混凝土梁在实施２５ｔ轴重技术的条件下考虑钢筋锈蚀的剩余疲劳寿命较不考虑钢筋锈蚀时低的基本结论。     

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。     

无粘结预应力钢绞线锈蚀损伤分析

通过采用加速锈蚀试验,研究无粘结预应力钢绞线在不同锈蚀条件下的力学性能指标随锈蚀率的变化规律,对比分析钢绞线在正常锈蚀和局部锈蚀条件下的名义极限强度、名义弹性模量、伸长率的差异,提出非截面积减小因素下的锈蚀对钢绞线的损伤。研究结果表明:锈蚀对钢绞线材性的影响不仅仅在于截面积的减少,锈蚀损伤主要原因在于锈蚀产生的腐蚀坑而形成的应力集中现象对钢绞线力学性能的严重影响;通过对比分析正常锈蚀和局部锈蚀下钢绞线的力学性能的差异,得到排除截面积减小影响下的名义极限强度锈蚀损伤比,并对锈蚀钢绞线进行损伤分析,得出锈蚀率与锈蚀损伤变量的关系。     

等幅疲劳加载后锈蚀钢筋静力本构关系研究

锈蚀钢筋在承受疲劳荷载作用后,其应力-应变关系相较于静力荷载作用下的应力-应变关系出现了明显的区别。为探讨准确的锈蚀钢筋疲劳加载后应力-应变关系,开展不同锈蚀率钢筋的静力拉伸试验和疲劳加载后静力拉伸试验。试验结果表明:锈蚀钢筋静力拉伸断裂,断面不规则,有颈缩现象,屈服平台随锈蚀率的增加而缩短直至完全融入强化段。锈蚀钢筋承受疲劳荷载后会产生残余变形,残余变形按较快增长、稳定增长、快速增长3阶段规律发展。依据试验数据拟合锈蚀钢筋疲劳残余应变演化方程,定义以残余应变表述的锈蚀钢筋损伤变量。建立疲劳荷载作用后锈蚀钢筋静力拉伸本构关系模型,成果可为锈损结构耐久性、剩余承载力、疲劳性能评估提供试验参考。     

既有900t架桥机结构检测试验与状态评估

研究目的:针对架桥机作业环境复杂、安全事故时有发生、既有结构安全评定方法与现场实际结合不紧密的问题,通过对箱型结构和桁架结构两种形式的架桥机进行应力水平、静刚度、动刚度、锈蚀检测测试,结合金属结构的外观检查,总结两种结构形式架桥机的典型病害,构建模糊评判因素集,利用模糊综合评判的方法对架桥机的结构安全状态进行综合评估。研究结论:(1)既有900 t架桥机的结构状态不容乐观,锈蚀与缺陷、结构变形、动态刚性不能满足规范要求,需采取技术措施;(2)箱型结构架桥机截面内部锈蚀现象普遍,且局部锈蚀程度超标;(3)桁架结构架桥机杆件变形现象普遍,螺栓破损经常发生;(4)基于结构检测试验结果,可通过模糊综合评判的方法对架桥机结构安全进行状态评估;(5)该研究成果可为既有架桥机的结构检测和状态评估提供理论参考。     

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%。     

钢筋非均匀锈蚀诱发无砟轨道混凝土轨道板开裂的分析

钢筋锈蚀是导致沿海地区轨道板耐久性失效的主要因素之一。为探究钢筋非均匀锈蚀对高速铁路无砟轨道混凝土轨道板破坏的影响,建立了以锈蚀率、最大锈蚀层厚度及最小锈蚀层厚度为自变量的高斯型钢筋锈蚀层分布模型。基于键型近场动力学理论,通过在钢筋与混凝土交界面施加钢筋锈蚀位移荷载,模拟了钢筋锈蚀诱发轨道板开裂破坏过程,分析了钢筋非均匀锈蚀和保护层厚度对开裂形态的影响。结果表明：在轨枕下方的轨道板,钢筋锈蚀易引起轨道板发生钢筋间贯通性裂纹,而在轨道板中部,钢筋锈蚀导致混凝土保护层中产生贯穿性裂纹;在相同锈蚀率条件下,与均匀锈蚀相比,非均匀锈蚀诱发的轨道板损伤更加严重,因此在评估钢筋锈蚀对轨道板的影响时,须要考虑钢筋锈蚀的非均匀性。     

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.     

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.     

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...     

无粘结预应力钢绞线锈蚀后力学性能研究

随着预应力混凝土结构的广泛应用,其耐久性问题已经成为普遍关注的研究课题.钢绞线作为无粘结预应力结构的关键材料,研究其锈蚀引起的耐久性问题具有较强的现实意义.本文采用钢绞线加速锈蚀试验,研究无粘结预应力钢绞线锈蚀后的力学性能,分析不同锈蚀程度对钢绞线的名义极限强度、名义屈服强度、名义弹性模量、伸长率的影响,建立锈蚀率与钢绞线名义极限强度、名义屈服强度,名义弹性模量和伸长率之间关系的数学表达式,提出锈蚀钢绞线的应力-应变本构关系.对比普通钢筋锈蚀后的力学性能,研究表明:钢绞线与普通钢筋相比,对锈蚀更为敏感.本文建议在无粘结预应力混凝土结构中更应该关注钢绞线的锈蚀问题.     

原状湿陷性黄土的结构性本构模型

研究目的:黄土的应力和含水率状态对应着一定的结构状态,微观结构性的改变,引起宏观力学性状的改变。湿陷性黄土在力与水的共同作用下,产生原生结构性的损伤和湿陷变形,对增湿和加荷耦合作用下的结构性变化规律,应力应变关系和增湿变形等力学特性的研究有重要的意义。研究结论:不同含水率和固结围压条件下原状结构性黄土的应力应变变化规律,以及由增湿、固结作用和剪切变形反映了土体结构性损伤规律;统一考虑增湿和加荷对土体结构的损伤破坏,建立的反映结构性变化的非线性本构模型,能够描述应变软化和硬化型应力应变关系曲线,实现了土的结构性与其本构模型研究的统一。     

不明配筋梁的剩余疲劳寿命评估

以曼纳线性损伤准则、分段线性解为基础,在综合考虑混凝土的碳化、钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁疲劳损伤影响的前提下,运用分段线性解模型,模拟标准梁的疲劳损伤发展过程,提出钢筋应力系数发展的不利曲线,对不明配筋梁进行剩余疲劳寿命评估.     

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...     

不明配筋梁的剩余疲劳寿命评估

以曼纳线性损伤准则、分段线性解为基础，在综合考虑混凝土的碳化、钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁疲劳损伤影响的前提下，运用分段线性解模型，模拟标准梁的疲劳损伤发展过程，提出钢筋应力系数发展的不利曲线，对不明配筋梁进行剩余疲劳寿命评估。     

混凝土塑性损伤模型在无砟轨道非线性分析中的应用

为满足无砟轨道非线性损伤分析及长期服役性能研究的需求,基于混凝土塑性损伤本构理论和CA砂浆劈裂抗拉试验结果,建立可考虑无砟轨道各组成结构材料非线性损伤的有限元分析模型。主要考虑温度和列车荷载作用,对比分析塑性损伤模型与线弹性模型对计算结果的影响。结果表明:当无砟轨道结构的受力变形较小时,非线性塑性损伤模型与线弹性模型的计算结果相差不大;当无砟轨道升温幅度超过30℃、正温度梯度超过60℃/m或列车荷载大于225 kN时,两种模型的计算结果开始产生差异且随着荷载的增大而不断扩大。配筋的塑性损伤模型与现场实际结构和材料属性较为相符,可为无砟轨道非线性分析、塑性变形及损伤累积效应分析、长期服役性能研究等提供参考。     

无碴轨道基础变形影响计算方法的研究

在无碴轨道结构设计中应考虑基础变形对轨道结构的受力影响,提出桥梁挠曲变形和路基不均匀沉降对轨道结构受力的计算方法和计算公式。桥梁的挠曲变形应作为设计荷载附加到轨道结构的设计中,路基的不均匀沉降应作为异常荷载,在轨道结构设计中作为检算荷载进行考虑。     

既有提梁机结构损伤识别方法研究

研究目的:针对大吨位提梁机表面锈蚀、焊缝或板材裂纹等结构损伤不易检测识别,极易引发安全事故这一问题,结合提梁机结构特点,本文利用ANSYS软件建立有限元模型,进行不同结构部位、不同损伤程度的仿真分析,研究结构损伤对结构动力特性和主梁挠度的影响规律,以探求提梁机结构损伤识别方法。研究结论:(1)利用动力特性的变化可以识别结构损伤的发生,但不能确定损伤位置;(2)提梁机结构型式的不同导致其振动模态发生变化,针对不同结构型式的提梁机,结构损伤引起的频率变化敏感阶次不同;(3)通过观察主梁挠度变化曲线可以识别主梁结构损伤,且能够确定单点损伤或多点损伤的损伤位置;(4)该研究成果可为既有提梁机的结构检测和状态评估提供理论参考。     

钢拱架锈蚀对隧道支护体系安全性影响研究

现实隧道工程中,尤其是在有水压、海水等环境下,隧道衬砌中钢筋锈蚀现象尤为突出,钢筋锈蚀使钢筋力学性能退化、锈蚀钢筋与混凝土间的粘结性能退化,这对隧道长期运营的安全性造成很大的影响。采用非线形有限元ADINA软件对Ⅴ级围岩条件下钢拱架锈蚀对支护结构的影响进行探究,得出了在该围岩条件下钢拱架锈蚀对支护结构影响的临界锈蚀率,具有实际的工程意义和实用价值。