受荷锈蚀钢筋混凝土构件保护层纵向开裂时钢筋锈蚀深度的分析计算

混凝土保护层锈胀开裂时钢筋锈蚀深度(半径损失)的确定，是钢筋锈蚀研究的一个热点。本文运用弹性力学方法，考虑变形钢筋与混凝土界面上的粘结应力和钢筋锈蚀引起的半径损失，将受荷锈蚀钢筋混凝土构件混凝土保护层纵向开裂简化为一空间轴对称问题。通过对这一问题的分析求解，得到了钢筋、铁锈、混凝土中的应力，确定了混凝土断面上的环向拉应力达到混凝土抗拉强度而引起混凝土保护层纵向开裂时钢筋的锈蚀深度。     

钢筋非均匀锈蚀与混凝土开裂试验及数值模拟

采用恒电位驱动氯离子渗透并加速钢筋锈蚀来模拟海洋钢筋混凝土锈蚀,研究了水胶比、保护层厚度和钢筋直径对试件锈胀开裂的影响;利用COMSOL Multiphysics软件建立了真实骨料混凝土模型并进行数值模拟.结果表明：本试验制备的混凝土试件在恒电位加速锈蚀下钢筋发生非均匀锈蚀并导致混凝土产生3条主裂缝,钢筋临界锈胀应力为2.85～3.51 MPa,开裂时间为190～311 h,降低水胶比及增大保护层厚度均可延缓锈胀开裂时间;数值模拟可以很好地再现钢筋混凝土非均匀锈蚀过程,其获得的锈胀应力演变及混凝土开裂模式与试验结果吻合.     

混凝土保护层初始开裂影响因素分析

通过建立混凝土保护层胀裂时刻的力学模型,确定了混凝土保护层开裂时刻临界锈胀力的大小。分析了混凝土强度等级、相对保护层厚度(C/d)及钢筋间距S对混凝土保护层开裂的影响。研究表明:单根钢筋情况时,钢筋混凝土保护层初始开裂时的锈胀力Qc是关于混凝土抗拉强度和相对保护层厚度的函数,初始锈胀力随着混凝土抗拉强度和相对保护层厚度的增加而增加;存在相邻钢筋时会使得钢筋锈蚀产生的膨胀作用相互叠加,混凝土初始开裂时的锈胀力减小,加速混凝土的开裂。     

混凝土保护层锈胀开裂研究进展

钢筋锈蚀引起混凝土保护层锈胀开裂被认为是钢筋混凝土结构耐久性失效最主要原因之一,国内外学者就此过程开展了大量的研究工作。结合最新研究成果,对钢筋锈蚀引起混凝土保护层锈胀开裂研究所用的理论、试验和数值模拟方法做出评述。针对当前研究中存在的问题进行了总结和展望,并提出了多尺度数值方法应用于钢筋锈蚀引起混凝土保护层开裂问题。     

钢筋非均匀锈蚀导致混凝土开裂的研究

为研究钢筋锈蚀导致混凝土保护层的开裂及锈胀裂缝的发展,根据自然环境下混凝土内钢筋锈蚀的非均匀性,将锈蚀层轮廓线简化为半椭圆形,并将钢筋的非均匀锈蚀特性应用于锈蚀三阶段模型.通过混凝土待填充空隙恰好被填充完全及保护层恰好开裂2个锈蚀点将锈蚀分为3个不同阶段.分别对每个锈蚀阶段做不同的锈胀模型假设.在混凝土保护层出现裂缝前...     

钢筋混凝土锈蚀开裂及裂缝扩展研究现状

钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素,钢筋锈蚀发展到一定程度,混凝土保护层锈胀开裂,裂缝不断扩展。介绍了钢筋锈蚀机理、钢筋锈胀开裂及裂缝扩展研究的现状和主要研究内容。包括钢筋锈胀力、钢筋锈蚀率、锈胀裂缝宽度的扩展、锈胀扩展的计算机模拟。最后通过对研究现状的分析总结出钢筋锈胀开裂及裂缝扩展方面的研究展望。     

混凝土保护层锈胀开裂理论及有限元分析

假设钢筋锈蚀产物沿钢筋径向和轴向均呈均匀分布,将保护层视作一厚壁圆筒,通过弹塑性力学及有限元软件对保护层锈胀开裂全过程进行了分析。建立了混凝土保护层锈胀开裂临界截面损失率的计算公式,对钢筋直径、保护层厚度、混凝土强度及钢筋位置等因素对锈胀开裂的影响进行了分析,得出如下结论:在假设钢筋发生均匀锈蚀的前提下,保护层厚度和钢筋直径对锈胀开裂的影响较大,混凝土强度和钢筋位置对锈胀开裂的影响较小。对比试验数据后发现,有限元分析比理论模型更符合实际的混凝土锈胀开裂力学行为。     

锈蚀钢筋混凝土保护层锈胀开裂时间的预测模型

由钢筋锈蚀引起的混凝土保护层锈胀开裂是混凝土结构耐久性极限状态的重要标志,是决定结构使用寿命的重要因素。以钢筋均匀锈蚀为前提,考虑锈蚀产物的变形特性以及锈胀裂缝开展过程中锈蚀产物进入裂缝的实际情况,借助弹性力学和Faraday腐蚀定律,建立混凝土保护层锈胀开裂时刻的钢筋锈蚀率以及锈胀开裂时间计算公式。针对影响混凝土保护层锈胀开裂时间各主要因素的分析表明,增大钢筋的混凝土保护层厚度、减小钢筋直径、提高混凝土强度以及控制锈蚀产物的体积膨胀率都有利于混凝土结构耐久性的提高。与已有试验结果的对比分析可知,对于加速锈蚀和长期锈蚀情况,计算公式的预测结果均较为理想,可用于由钢筋均匀锈蚀引起的混凝土保护层锈胀开裂时间的预测分析。     

二维钢筋混凝土氯离子作用锈胀开裂数值模拟方法

在环境氯离子作用下混凝土构件因钢筋锈胀产生开裂,导致结构耐久性退化。为模拟并研究这一过程,基于经典Fick定律建立了考虑温湿度、水灰比、氯离子浓度等的多因素氯离子扩散数值模拟方法。针对混凝土锈胀开裂,提出了基于二维格构式模型的钢筋混凝土锈胀开裂模拟方法,并建立了自由网格模型与格构式模型之间的钢筋表面锈胀节点力转换方法。基于上述方法针对某钢筋混凝土自然锈蚀试验进行数值模拟,与试验结果对比并验证本方法的可行性。最后,基于提出的方法研究钢筋位置、混凝土保护层厚度、钢筋直径对钢筋锈蚀及混凝土保护层锈胀裂缝宽度的影响。研究结果表明;角区钢筋锈蚀均大于边区钢筋;混凝土保护层厚度越大,钢筋锈蚀增长越缓慢;混凝土保护层裂缝宽度随钢筋直径增大而增加。     

大气环境条件下混凝土保护层取值的研究

混凝土中钢筋锈蚀和混凝土保护层锈胀开裂是钢筋混凝土结构使用极限状态的重要标志,是决定钢筋混凝土结构保护层厚度取值的重要条件。通过混凝土中钢筋开始锈蚀条件的研究和混凝土保护层锈胀开裂条件的研究,建立了碳化腐蚀条件下混凝土最小保护层厚度的确定方法。经过大量计算,分析了影响大气环境条件下混凝土最小保护层厚度取值的因素,给出了我国几个典型城市混凝土最小保护层厚度的分析结果。     

大气环境条件下钢筋混凝土受弯构件抗力退化分析

混凝土碳化、钢筋锈蚀、保护层胀裂引起混凝土结构性能退化,在试验研究和非线性有限元分析的基础上,建立了锈蚀钢筋混凝土受弯构件正截面和斜截面承载性能分析方法和计算模型,通过实例分析了锈蚀钢筋混凝土受弯构件正截面抗弯、斜截面抗剪性能变化特征和规律。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算

针对目前锈蚀钢筋混凝土构件的研究仅考虑钢筋锈蚀程度的影响,而忽略了在相同锈蚀程度下构件其他参数对承载力退化的影响,导致现有计算模型参数相差较大的问题,对现有锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法进行了对比分析。基于无粘结钢筋混凝土梁的研究成果,分析钢筋锈蚀程度、截面配筋率对锈蚀损伤构件的承载力退化产生的影响,综合考虑锈蚀构件截面配筋指标以反映不同构件参数对其产生的影响及无粘结梁钢筋强度利用系数的计算公式,建立了一般锈蚀钢筋混凝土梁受拉钢筋强度利用系数的计算公式。经试验验证,数据吻合很好,其结果有益于完善和发展锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的计算方法。     

锈蚀对钢筋混凝土构件性能的影响

简要说明了研究锈蚀钢筋混凝土构件性能的重要意义,通过分析锈蚀对钢筋、混凝土以及钢筋与混凝土之间的粘结性能的影响,对锈蚀钢筋混凝土构件的性能进行了研究,对现有结构物的鉴定具有重要的现实意义。     

基于氯离子侵入引起的锈蚀钢筋混凝土构件抗力的研究

氯化物是钢筋混凝土结构在正常使用寿命期内可能遇到的一种不利的侵蚀介质。混凝土中钢筋表面的氯离子浓度超过一定的限值,钢筋就可能会发生锈蚀;锈蚀的钢筋会导致混凝土构件的承载力下降。通过对国内外研究成果的总结,讨论了基于氯离子侵入引起的锈蚀钢筋混凝土构件的抗力计算模式,为氯盐环境条件下混凝土的耐久性评估提供参考。     

锈蚀混凝土压弯构件性能的有限元分析

研究了钢筋锈蚀影响下偏心受压构件力学性能和工作机理的变化规律。使用名义屈服强度描述钢筋锈蚀对有效截面积和屈服强度的影响,使用粘结强度降低系数描述粘结强度降低的影响。分别按照大偏压和小偏压的情况,使用有限元方法,建立了锈蚀钢筋混凝土压弯构件的分离式模型,得到了压弯构件承载力、延性、钢筋混凝土共同工作性能等的变化规律。     

基于氯离子侵入引起的锈蚀钢筋混凝土构件抗力的研究

氯化物是钢筋混凝土结构在正常使用寿命期内可能遇到的一种不利的侵蚀介质。混凝土中钢筋表面的氯离子浓度超过一定的限值，钢筋就可能会发生锈蚀：锈蚀的钢筋会导致混凝土构件的承载力下降。通过对国内外研究成果的总结，讨论了基于氯离子侵入引起的锈蚀钢筋混凝土构件的抗力计算模式，为氯盐环境条件下混凝土的耐久性评估提供参考。     

Modeling corroded section configuration of steel bar in concrete structure

Predicting concrete cover cracking due to steel bar corrosion in concrete is an important problem for durability of reinforced concrete structures. A basic question in the prediction is distribution of corroded part of steel bar section. The corrosion products have characteristic of volume expansions; that leads to expansive pressure in the concrete. At present, an assumption of uniform corroded pattern along the perimeter of the steel bar has been adopted for analyzing the effect of corrosion products expansion and building the model. In this paper, the steel bars in concrete were corroded under artificial climate environment for accelerated aging. The propagation of the corrosion products layer between steel bar and concrete and its microstructure are discussed; and then, the corrosion products distribution called corrosion products layer on the steel bar in concrete is revealed. The distribution before corrosion cracking; the corrosion products distribute on the half circumference of the steel bar facing the concrete cover only, and the distribution has the shape of a half ellipse. Because of expansive characteristic of corrosion products, the distribution pattern of the corroded part of the steel bar section is proportional to the distribution of the corrosion products layer. Therefore, the configuration model of corroded steel bar section is built.     

混凝土内钢筋锈蚀层发展和锈蚀量分布模型研究

从研究钢筋锈蚀物膨胀对钢筋/混凝土界面区构造的影响着手,通过对锈蚀层形成、发展及其细观构造的研究,揭示混凝土内钢筋锈蚀量分布规律;在钢筋锈胀开裂前,钢筋锈蚀量基本分布在面向混凝土保护层一侧的钢筋半圆周上,离混凝土保护层最近处锈蚀量最大,离保护层表面距离越远,锈蚀量越小;其锈蚀量在其半圆周上呈半椭圆形分布。钢筋锈胀开裂初期,钢筋锈蚀逐渐向背向混凝土保护层一侧发展,在背向保护层一侧的钢筋锈蚀量分布被假定为均匀分布,和面向混凝土保护层一侧的最小锈蚀量衔接。     

Spatial variability of pitting corrosion and its influence on structural fragility and reliability of RC beams in flexure

A stochastic process for assessing the effect of spatial variability of pitting corrosion on structural reliability and fragility is developed for singly reinforced simply supported reinforced concrete (RC) beams in flexure. A distribution of pitting corrosion is inferred from existing literature. The RC beam is discretised into a series of elements and maximum pit depths are generated for each reinforcing steel bar in each element. The analysis considered various member spans, loading ratios, bar diameters and number of bars in a given cross-section. Comparisons made with general corrosion showed that pitting corrosion is more critical for smaller diameter reinforcing steel bars. It was also found that up to a three-fold increase in 50-year probabilities of failure were observed if spatial variability of pitting corrosion are included in the analysis when compared to probabilities of failure based on the mid-span limit states only. This strongly suggests that the inclusion of spatial variability of pitting corrosion can lead to significant decreases in structural reliability for flexural RC members.     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法

目前对锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的研究主要考虑锈蚀程度的影响,忽视了构件本身参数不同对承载力退化的影响,导致不同学者提出的锈蚀钢筋与混凝土的协同工作系数差异较大。为合理评估既有锈蚀钢筋混凝土梁的剩余承载力,首先对锈后无黏结钢筋混凝土受弯构件进行模拟试验与有限元分析,系统分析严重锈蚀混凝土构件钢筋应力水平的主要影响因素,发现截面配筋指标可综合反映混凝土强度和截面配筋率对受拉钢筋应力水平的影响,并确定基于截面配筋指标的锈后无黏结混凝土梁受拉钢筋强度利用系数;对一般锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的退化机理进行深入分析,综合考虑钢筋锈蚀程度和截面配筋指标的影响,建立一般锈蚀混凝土梁钢筋强度利用系数计算公式;提出概念明确、通用性强的锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法;与大量的试验结果进行对比验证,计算方法的吻合性较好。