钢筋混凝土氯离子扩散与寿命预测CA模型研究

氯盐侵蚀会引起钢筋锈蚀,造成其保护层开裂,进而导致结构性能退化。研究氯离子在混凝土内扩散原理以及钢筋初始锈蚀时间,对钢筋混凝土结构耐久性及寿命预测有重要意义。本文利用元胞自动机(CA)原理,建立模拟钢筋混凝土内氯离子扩散过程的CA模型,该模型考虑了时间效应、水灰比和温度的影响。基于建立的CA模型,通过编写Matlab程序,分析钢筋混凝土板、钢筋混凝土方形和圆形柱中一维和二维氯离子扩散行为,并预测钢筋初始锈蚀时间。研究结果及与现有解析解和数值解比较表明,本文建立的模型是正确、有效的,与其他数值方法相比精度更高。     

混凝土早期约束收缩开裂机理及试验研究

现浇混凝土结构早期开裂是工程中存在的普遍现象,裂缝对建筑物的正常使用、耐久性及结构安全都会产生不利影响。现有混凝土结构裂缝控制的失效准则是基于强度条件的失效准则,本文以断裂力学理论为基础,建立混凝土结构早期约束收缩开裂机理模型,提出早期约束收缩开裂的预测方法及具体步骤。在断裂模型中,应力强度因子及裂缝尖端张开位移试验室测定方法具有明显的尺寸效应,本文基于BP神经网络模型提出断裂参数的预测方法,采用改进型环形收缩试验验证模型的合理性,结果表明本文建立的混凝土早期约束收缩开裂理论模型对结构早期开裂时间的预测结果与试验结果有很好的一致性。     

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。     

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。     

锈蚀钢筋混凝土粘结性能劣化研究

为研究锈蚀对钢筋混凝土破坏形式和粘结性能的影响，通过对通电加速锈蚀试件进行拉拔试验，获得试件破坏形式、极限粘结强度与滑移值随保护层厚度和锈蚀率的变化规律，再建立锈蚀钢筋拉拔试件模型，分析全粘结段应力分布情况。研究结果表明：(1)试件破坏形式可大概分为保护层脱落破坏、拔出破坏(产生裂缝)、拔出破坏(不产生裂缝)三种类型；(2)保护层较小时，最大拉力随锈蚀率增大而减小，保护层增大到一定程度，最大拉力随锈蚀率增大出现先增后降的现象，最大拉力对应的滑移量随锈蚀率增大均减小；(3)相同锈蚀率下，粘结强度和滑移量与保护层厚度成正相关，且保护层厚度越小，粘结性能损失越快；(4)靠近加载端或自由端位置粘结应力最大，中间段分布均匀。拉拔过程中，粘结应力整体水平逐渐增大，峰值现象也逐渐凸显，粘结应力峰值随锈蚀发展逐渐下降，且峰值由自由端移动到加载端。     

氯盐环境下钢筋混凝土梁的黏结试验研究

为分析腐蚀环境对钢筋混凝土构件黏结性能的影响,对6根无端部锚固的钢筋混凝土梁试件进行三分点加载黏结试验研究,其中1根为对比试件,其余5根均经过氯盐溶液浸泡腐蚀。分析试验结果发现:混凝土锈胀裂缝沿受拉钢筋布置位置分布,锈胀裂缝宽度随着钢筋锈蚀程度的增加而增大;加载过程中,随着荷载的增加,钢筋与混凝土产生相对滑移,二者不再满足变形协调;混凝土裂缝发展规律表现为由跨中向两端支座延伸,由混凝土梁底向顶部发展;随着荷载的继续增加,支座上方出现沿钢筋方向的黏结撕裂裂缝,最终发生黏结脆性破坏;试验梁极限承载能力随着锈蚀率的增加总体呈下降趋势,但在锈蚀率小于3%时,极限承载能力有微小提高。     

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。     

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     

铁路预应力混凝土32m T梁纵向裂缝修补效果评价

在日常维护管理过程中,发现32 m预应力混凝土简支T梁在开通运营1~2年内裂缝病害量多、面广、发展较快,裂缝主要分布于梁体腹板及下翼缘处,裂缝走向主要沿预应力管道方向。针对此病害,通过结构基本状态检测、无损检测等工作,掌握了裂缝的分布、形态和宽度,钢筋及钢绞线锈蚀情况等;通过桥梁运营性能检验,分析桥梁结构竖向和横向刚度是否满足《铁路桥梁检定规范》(铁运函[2004]120号)中的要求。封闭涂装处理后经过10年的运营,部分裂缝重新开裂,但复测结果显示,梁体混凝土碳化深度未超过钢筋保护层厚度,钢筋锈蚀电位及混凝土电阻率测试显示钢筋锈蚀较慢,不存在大规模锈蚀的可能;上部结构横向振幅及横向加速度均满足《铁路桥梁检定规范》的要求。     

钢筋与超高性能混凝土的黏结性能试验研究

通过30个试件的拔出试验,研究钢筋黏结长度、保护层厚度、养护龄期等因素对钢筋-超高性能混凝土黏结性能的影响规律。结果表明:极限黏结应力随钢筋黏结长度的增大而降低,随保护层厚度、标养龄期的增加而增大。基于试验结果建立了极限黏结应力与保护层厚度、黏结长度和钢筋直径之间的计算公式。     

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。     

连续配筋混凝土路面横向开裂的敏感性分析

结合湖南省耒宜高速公路连续配筋混凝土路面(CRCP)结构,通过选取影响CRCP横向开裂的13个主要因素(包括板厚,混凝土的弹性模量、温缩系数、干缩应变、抗压强度和徐变系数,钢筋的弹性模量、温缩系数、直径和间距,以及地基摩阻系数、钢筋粘结强度和温降)的5种取值水平,采用考虑钢筋与混凝土之间粘结滑移及面板与基层之间摩阻滑移的交界面非线性性质和徐变作用的一维非线性分析法,由迭代计算同时得到CRCP的平均裂缝间距、平均裂缝宽度和最大钢筋应力,从而按相对比较的方法对各参数影响CRCP横向开裂的敏感性进行定量和定性分析。结果表明,控制CRCP横向开裂的主要措施有:选取适宜的钢筋等级、品种与混凝土标号,选取合理的钢筋间距和直径的配筋方式,并控制混凝土和钢筋的收缩性质。     

桥梁构件轮廓与应力研究

研究目的：桥梁设计是一宗复杂的工程问题。导致钢筋混凝土桥梁结构构件产生裂缝的原因很多。其中，不合理的构件轮廓与钢筋设计，是萌生裂缝的主要原因之一。为了论证这个观点，特进行此研究。 研究方法：以国内3个钢筋混凝土桥梁为工程背景：（1）某主跨为40m＋65m＋40m预应力混凝土连续梁桥，在施工阶段，主墩出现了裂缝。（2）某大跨度钢筋混凝土中承式公路拱桥，采用纵横梁体系，在施工阶段，横梁出现了裂缝。（3）华南地区某双幅斜拉桥主梁锚座轮廓的变更。应用Super SAP软件的8节点等参单元，分别建立局部模型，进行应力计算。 研究结论：不合理的构件轮廓与钢筋设计，将导致构件拉应力增大，而且最大值部位恰好是现场构件开裂部位。显然，从计算应力值的角度可以诠释混凝土构件出现裂缝的原因，这就表明了除荷载以外，结构构件轮廓与钢筋设计对其计算应力的影响也是至关重要的。     

基于可靠度的预应力混凝土梁桥耐久性寿命预测

依据混凝土保护层碳化寿命准则和钢筋锈胀开裂寿命准则,建立了预应力混凝土梁桥耐久性寿命计算模型,并采用计算时变可靠度指标的方法,研究了处在一般大气环境下一预应力混凝土梁桥的耐久性寿命。计算结果表明:该桥主梁在桥梁服役28年后达到其混凝土保护层碳化寿命,混凝土保护层碳化寿命的可靠指标在桥梁服役初期下降较快,后期下降较慢;在桥梁服役96年后达到钢筋锈胀开裂寿命,说明在一般大气环境中的预应力混凝土梁桥,若混凝土强度较高且只考虑混凝土碳化引起桥梁抗力衰减时,可不考虑钢筋锈蚀对桥梁承载能力的影响。     

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。     

连续道床板温度应力计算方法研究

基于不完全裂缝的假设推导了连续道床板开裂后的钢筋应力、裂缝宽度、裂缝间距的计算方法。研究表明,当裂缝为不稳定裂缝形式时,混凝土收缩和降温作用下的裂缝最大宽度相同,与混凝土抗拉强度、钢筋直径成正比,配筋率越高,裂缝宽度越小,与降温幅度或收缩值无关。降温情况下的钢筋最大应力与混凝土抗拉强度成正比,混凝土收缩情况下的钢筋最大应力较等效降温情况下低Esεsh。在降温和混凝土收缩等效降温情况下的最大裂缝间距相同。该计算方法可作为我国客运专线连续式无碴轨道的设计参考。采用高强度等级混凝土的情况下应适当提高配筋率以保证必要的安全性。     

CRTSⅢ型无砟轨道宽接缝裂缝及修补材料性能分析

通过建立CRTSⅢ型纵连板式无砟轨道有限元计算模型,研究宽接缝处裂缝以及修补材料力学性能。对轨道结构整体降温50℃作用下,不同的裂缝宽度及不同的修补材料弹性模量情况下,板间树脂砂浆、纵向预应力钢筋以及修补材料力学性能进行分析。结果表明:修补材料弹性模量、裂缝宽度和裂缝是否修补均对未开裂板间树脂砂浆影响较小;开裂板间树脂砂浆纵向拉应力随修补材料的弹性模量增大而增大,随着裂缝宽度的增大先增大后减小;修补材料的纵向拉应力先随着其弹性模量的增大逐渐减小直至出现纵向压应力,之后纵向压应力逐渐增加;开裂树脂砂浆处预应力钢筋受裂缝是否修补影响较大。     

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.     

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.     

预应力混凝土箱梁桥开裂后的残余承载力分析

为分析开裂预应力混凝土箱形桥梁结构开裂后的残余承载力,以裂缝统计特征参数为基础,用单元退化方式模拟正裂缝,用裂缝间的单向受压杆模拟裂缝间的承压效应,采用空间梁单元和三维杆单元分别模拟梁和预应力筋,以单元降温的方式模拟预加力的效应,形成空间刚架模型模拟斜裂缝。基于开裂后混凝土及预应力钢筋的基本假定,建立开裂后结构的计算方法。按照相似高度、开裂区域截面折减、折减自重补偿的原则将相似裂缝进行合并处理,得到裂缝区域的阶梯型折减刚度模型,提出承载能力折减系数计算方法以体现开裂后结构刚度的变化。经实桥算例验证,本文方法可正确判断静定及超静定预应力混凝土结构开裂后承载力的变化程度。