锈蚀钢筋力学性能分析

在钢筋混凝土结构自身材料、荷载和气候环境的作用下,钢筋混凝土结构或构件会随着使用时间的增加而逐渐老化,出现耐久性问题。对耐久性降低的程度和承载力的衰减程度进行定量分析,是结构耐久性研究中的关键问题。在既有研究成果的基础上,建立锈蚀钢筋的锈蚀量预测模型,从钢筋的力学参数出发,建立锈蚀钢筋的力学性能衰减模型。采用数值方法,分析了3种不同锈蚀类型在不用锈蚀参数作用下钢筋锈蚀的一般规律。研究成果为进一步研究钢筋混凝土结构耐久性能裂化和承载力时变衰减奠定了基础。     

服役混凝土梁桥承载能力时变模型分析与应用

阐述分析了锈蚀钢筋与混凝土粘结性能、混凝土碳化衰减性能、混凝土抗压强度的时变性能、锈蚀钢筋力学性能及不同受力状况等对混凝土梁桥性能退化的影响。通过工程实际和研究,在已有资料的基础上,改进了服役钢筋混凝土梁桥承载能力模型。研究的理论基本上解决了服役混凝土梁桥的承载力评定和预测问题,为旧桥的可靠性评估奠定了基础。最后,通过工程实例的计算,具体说明了梁桥承载力验算的方法以及理论与实际的符合情况。     

锈蚀光圆钢筋混凝土受弯构件受力性能试验研究

进行了21根钢筋混凝土梁试件的试验,考察了钢筋锈蚀程度、钢筋直径等因素对配光圆钢筋混凝土梁力学性能的影响,分析了不同钢筋锈蚀率下混凝土梁破坏形态和承载能力的变化规律,讨论了钢筋-混凝土间黏结退化对构件承载性能的影响。试验结果表明:光圆钢筋的锈蚀致使钢筋截面积减小,拉伸强度降低,从而使锈蚀梁的承载能力下降;另一方面钢筋与混凝土之间的黏结退化也致使受弯结构的力学性能退化,但在钢筋达到屈服的条件下,钢筋与混凝土间黏结退化不是致使结构承载力降低的主要因素,对构件屈强比等性能也未产生显著影响。     

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...     

钢筋混凝土桥面板疲劳数值分析方法

为了模拟车辆荷载作用下桥面板的疲劳损伤退化过程,提出了针对公路钢筋混凝土桥面板疲劳失效过程的数值分析方法。首先在各国相关试验与研究的基础上,通过编制合理的荷载谱,将复杂的车辆荷载进行简化等效;然后提出了高周循环荷载下受弯构件中钢筋与混凝土材料的疲劳本构关系,基于ABAQUS软件对一试验板建模分析,验证了疲劳本构关系的正确性;最后,对某实际钢筋混凝土桥面板进行疲劳数值分析与疲劳寿命预测。结果表明：该桥面板的抗疲劳寿命满足要求;所建立的材料疲劳本构关系能够有效模拟钢筋和混凝土在循环加载过程中力学性能的衰减规律。     

钢筋混凝土桥梁的腐蚀研究与防护

介绍了钢筋混凝土桥梁的腐蚀机理和影响因素;基于锈蚀钢筋的拉伸试验和劣化混凝土的轴心抗压试验,分析了钢筋混凝土构件的腐蚀对桥梁力学性能和结构性能(包括钢筋与混凝土的粘结、承载力、破坏形式等)的影响;在此研究基础上提出了桥梁结构的防腐与防护措施,对钢筋混凝土桥梁的状态评估与维护管理具有重要意义。     

基于钢筋性能退化的板桩墙承载力研究

以单锚板桩码头简化模型为例,基于钢筋混凝土构件锈蚀开裂理论,建立板桩码头桩土接触二维模型。从板桩码头整体钢筋性能退化入手,考察板桩墙的时变受力状态及其变化规律,得出了基于钢筋性能退化参数的板桩变形,钢筋及混凝土应力、应变等随时间的变化规律。     

海洋环境下基于可靠度的混凝土结构耐久性评估

钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性失效的最主要原因,海洋环境下导致混凝土结构中钢筋锈蚀的主要因素是C l-侵蚀。本文考虑氯离子的渗透随机过程,建立了海洋环境下结构抗力的随机模型;以桥梁服役状态下,钢筋锈蚀导致结构性能劣化为出发点,运用可靠度分析方法,对海洋环境下钢筋混凝土结构不同时期计入耐久性的承载力进行了分析,并用于某跨海大桥墩柱的耐久性评估。     

考虑滑移的锈蚀钢筋混凝土简支梁承载力数值分析

以ANSYS软件为平台,在充分考虑混凝土与钢筋界面滑移影响的基础上,建立不同锈蚀率下钢筋混凝土简支梁模型,以此来分析锈蚀钢筋混凝土简支梁的承载力变化.采用SOLID65单元模拟混凝土,LINK8单元模拟钢筋,Combine39模拟钢筋-混凝土界面的粘结滑移关系,并通过对Combine39单元进行修正来考虑钢筋锈蚀对钢筋...     

锈蚀钢筋混凝土梁承载力的理论计算与研究

本文为了正确评估钢筋锈蚀后构件的承载能力,采取以平截面假设为前提,引入锈蚀钢筋的力学模型,推导了锈蚀钢筋混凝土梁的承载力计算公式,并对锈蚀量与截面承载能力进行了讨论。     

锈蚀钢筋混凝土圆柱加固后的抗震性能

通过试验研究了利用加大截面和碳纤维布包裹复合加固后的锈蚀圆柱的抗震性能,研究变量包括钢筋锈蚀程度、轴向荷载大小以及碳纤维布包裹层数。根据试验结果编制程序,对复合加固锈蚀柱的骨架曲线进行了数值模拟,并分析了轴压比、碳纤维布用量、锈蚀量和加固钢筋用量对加固效果的影响。结果表明:碳纤维布包裹与增大混凝土截面复合加固锈蚀钢筋混凝土构件是一种有效的方法,改善了试件的延性,提高了加固试件的极限承载力和耗能能力,与仅用增大截面加固的试件相比,复合加固试件抗震性能改善明显;提出的骨架曲线确定方法,可用于锈蚀钢筋混凝土结构加大截面和碳纤维布复合加固后的地震时程分析。     

锈蚀变形钢筋混凝土受弯构件的受力性能试验研究

针对钢筋锈蚀对受弯构件受力性能的影响展开系统的试验研究,共进行了24根试件的试验,采用电化学锈蚀方法对试件钢筋进行快速锈蚀,研究了钢筋直径、钢筋锈蚀率等影响因素对受弯构件性能的影响。试验结果表明:钢筋锈蚀削弱了钢筋与混凝土之间的粘结,降低了构件的抗弯刚度,刚度的减小幅度随锈蚀率的增大而提高;同时也影响了截面的变形协调,致使受弯构件的承载能力降低;锈蚀率相近的构件承载力退化基本相当,锈蚀试件的屈服挠度显著大于未锈蚀构件,但混凝土边缘压应变与未锈蚀试件基本相当,表明钢筋本身削弱的影响略大于粘结退化的影响。     

大气环境下钢筋混凝土T梁桥时变可靠性分析

综合考虑了大气环境下混凝土损伤和钢筋锈蚀等因素引起结构性能的退化,并结合服役梁桥时变可靠度分析的特点,建立了既有钢筋混凝土T梁桥的时变抗力计算模型,研究了其可靠度随时间的变化规律.结合一座在役T梁桥,基于Monte-Carlo模拟,计算得到了其可靠指标的时变曲线,结果与实际情况相符,验证了该模型的正确性与可靠性.最后,对影响结构性能的主要参数钢筋初锈时间、交通量与保护层厚度进行了敏感性分析,发现实桥超载是该桥维修加固的主要原因.     

侵蚀性环境下桥梁CFRP/BFRP加固后的长期性能试验

为了研究侵蚀性环境下服役桥梁构件采用纤维材料加固后的长期性能,对11根具有初始锈蚀损伤的钢筋混凝土梁式构件采用碳纤维布(CFRP)和玄武岩纤维布(BFRP)加固后继续退化的承载力及服役性能进行试验.通过对加固后构件进行电化学加速锈蚀和盐液浸润干湿循环模拟不同程度的后续服役性能退化,研究侵蚀性环境对CFRP和BFRP加固构件在不同后续服役期的承载力、刚度等性能影响规律,同时对比了2种加固材料的耐久性能和成本效益.结果表明:侵蚀性环境下加固后的桥梁构件承载能力评估需综合考虑钢筋锈蚀引起的承载力降低和侵蚀性环境对纤维利用效率的降低;CFRP对刚度提高显著,而BFRP加固具有更好的延性;考虑加固后长期服役性能,CFRP加固后具有较好的耐久性,而BFRP具有较高的成本效益.     

无黏结钢筋混凝土结构力学性能分析

为了充分研究钢筋与混凝土之间的黏结长度对钢筋混凝土构件力学性能的影响,通过理论分析,推导出部分无黏结钢筋混凝土构件承载力计算公式,并在此基础上,使用理论公式和有限元数值模拟分析方法进行了分析与比对。结果表明,钢筋与混凝土之间有无黏结对钢筋混凝土构件的极限承载力无影响;随着无黏结长度的增长,构件的整体变形量增大、开裂区减小和黏结界面易出现应力集中现象。     

碰撞荷载下钢筋混凝土动力本构模型研究

为了得到结构在动荷载下的真实响应,需要以合理的动力本构模型为依据,进行非线性有限元分析。首先介绍了用于船舶撞击桥梁的几种使用较多的混凝土动力本构模型:钢筋混凝土损伤模型、弹塑性帽盖模型、TCK模型、RHT模型、HJC模型;然后采用LS-DYNA软件进行了2组仿真分析:刚性小球与混凝土靶墙碰撞试验和重锤与钢筋混凝土梁碰撞试验;针对上述各种混凝土动力本构模型分别进行试验仿真,并将计算得出的动态撞击力-时间曲线和位移-时间曲线与试验数据进行了对比分析,发现钢筋混凝土损伤模型对结构裂缝发展和混凝土损伤变化的仿真更接近试验结果,更准确地考虑了构件配筋率对撞击力的影响。在此基础上,对钢筋混凝土损伤本构关系进行了参数敏感性分析,并提出了考虑多种影响因素的撞击力公式。研究结果表明:最大撞击力随着配筋率和钢筋屈服强度的增加而增大,在船-桥碰撞分析中应考虑其影响。     

钢筋混凝土偏压构件抗力的时变规律

现有钢筋混凝土构件的抗力时变模型,多是关于仅受弯的梁式构件,对偏压构件的考虑较少.针对此不足,首先分析了影响偏压构件抗力的各因素的时变模型.在此基础上,计算了不同参数情形下偏压构件抗力退化的若干数值特征,得出钢筋锈蚀后偏心距较大时抗力均值的下降程度会大一些,同时整个服役期内偏压构件的破坏模式可能会发生改变的结论.最后采...     

钢箱-混凝土组合构件约束混凝土本构关系

为计算和分析一种新型的钢-混凝土组合结构——钢箱-混凝土组合构件,研究钢箱-混凝土组合构件中钢箱与钢筋共同约束下的混凝土本构关系模型,进行了一组钢箱-混凝土组合压弯构件试验,分析了在不对称约束条件下各部分混凝土的约束效应,根据各部分约束效应,将混凝土分成了强约束区、弱约束区及无约束区。对约束混凝土采用非均匀材料的直接均匀化理论,提出了析钢箱-混凝土组合构件中约束混凝土的匀质化材料本构模型,使用试验实测数据确定了本构模型中的参数。采用该本构模型的纤维模型法全过程分析结果表明,应用该本构关系计算所得的M-N曲线及荷载-应变曲线的分析结果与试验实测结果吻合良好。     

锈蚀钢筋粘结性能对比试验研究

为研究钢筋锈蚀、钢筋类型和直径对钢筋与混凝土间粘结性能的影响,设计制作了变形钢筋和光圆钢筋混凝土粘结试件,并进行了实验室通电快速锈蚀。通过快速锈蚀两种粘结试件的拔出试验,得到了钢筋与混凝土间粘结应力-滑移曲线,分析了锈蚀率、钢筋直径以及钢筋类型对粘结应力-滑移曲线影响,探讨了不同锈蚀率下两种类型钢筋混凝土粘结试件破坏模式。试验研究表明:光圆钢筋与混凝土间粘结性能对钢筋锈蚀更敏感,随锈蚀率变化,其最大粘结力及相应的滑移量变化幅度更大;变形钢筋与混凝土间粘结性能对钢筋直径更敏感,锈蚀率接近的情况下,直径不同,其粘结应力-滑移曲线差异显著。     

GFRP—混凝土组合桥面板的试验研究及有限元分析

该文针对传统的钢筋混凝土桥面板在自然环境下内部钢筋锈蚀严重的情况,提出了一种新型的GFRP-混凝土组合桥面板,并进行了试验研究,将试验的实测结果与有限元计算值进行对比.结果显示:提高混凝土的强度等级比增大混凝土板厚能更加有效提高桥面板的极限承载力和增大构件的刚度.