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。     

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。     

相对保护层厚度对混凝土中钢筋锈胀效应的数值模拟分析

将相对保护层厚度作为影响钢筋混凝土锈胀效应的一种因素。采用不同的相对保护层厚度（c/d）,运用FRANC2D有限元软件分析了三种不同相对保护层厚度的钢筋混凝土内的应力场及锈胀裂缝的产生情况,找出相对保护层厚度对钢筋混凝土锈胀的影响规律。     

钢筋混凝土结构锈胀开裂全过程仿真分析

利用大型有限元软件DIANA,详细分析了锈蚀导致混凝土保护层开裂的全过程.仿真分析表明:混凝土保护层的锈胀开裂过程可分为内裂、扩展、外裂和内外裂缝贯通4个阶段;锈蚀产物膨胀率一定时,混凝土保护层内侧裂缝的产生主要与混凝土抗拉强度相关,其他因素影响甚微;混凝土保护层表面锈胀开裂及其裂缝贯通主要与相对保护层厚度有关,该值越大,裂缝越不容易发展;提高混凝土抗拉强度,能有效延缓锈胀裂缝的产生和发展;在相同条件下,混凝土保护层非均匀锈胀开裂时的钢筋锈蚀率较均匀锈胀开裂时低;混凝土保护层剥落的特征主要与钢筋净间距和保护层厚度的比值相关,当该值较大(>3)时,仅角区保护层发生局部剥落,否则保护层将整体剥落.     

混凝土结构锈裂形态试验研究及数值模拟

混凝土结构服役后期会出现保护层剥落的情况,混凝土保护层剥落与内部锈胀裂缝的分布情况密切相关。通过对不同尺寸与配筋情况的混凝土试块进行内部锈胀裂缝开展与分布研究,采用改进通电加速锈蚀方法加速试块劣化,通过切片观测锈蚀后试块内部锈胀裂缝形态,研究箍筋、保护层厚度、钢筋间距对内部锈胀裂缝开展的影响。研究结果表明：箍筋显著改变了内部锈胀裂缝开展与分布情况;混凝土保护层厚度较小或钢筋间距较大时,钢筋锈胀裂缝表现为单根锈胀开裂形式,反之则表现为钢筋之间的水平贯通裂缝。基于黏聚力单元建立了有限元分析模型,将钢筋锈胀变形作为位移加载依据,对试块锈裂过程进行数值分析,模拟结果与试验结果吻合较好。     

钢筋均匀锈胀开裂过程的弹塑性分析

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的重要因素,混凝土保护层锈胀开裂是危及结构安全的临界点。建立钢筋均匀锈胀扩孔模型对钢筋均匀锈胀过程进行弹性及弹塑性变形分析,并根据保护层锈胀开裂时刻的锈胀力得出锈胀开裂时刻的钢筋锈蚀深度计算式,计算得到的理论值与试验结果吻合较好,对锈胀力和临界钢筋锈蚀率进行影响因素分析,可为混凝土结构耐久性设计及寿命预测提供参考。     

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。     

角部钢筋锈蚀引发混凝土保护层开裂行为研究

为研究角部钢筋非均匀锈蚀膨胀引发的混凝土保护层开裂行为,提出了角部钢筋的非均匀锈胀模式.并将混凝土视为由骨料、砂浆和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了混凝土细观随机骨料模型.以施加非均匀径向位移方式来表征钢筋锈胀对周围混凝土的力学作用.基于该方法对钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂行为进行了细观数值模拟,模拟结果与已有文献中试验结果的良好吻合验证了该方法的合理性.另外,对比了宏观均质模型和细观非均质模型下不同角部钢筋锈胀模式导致的混凝土保护层开裂模式;并探讨分析了保护层厚度和钢筋直径对保护层开裂模式以及钢筋锈胀压力的影响规律.     

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。     

锈蚀钢筋与混凝土粘结应力模型研究

研究了混凝土保护层胀裂时及胀裂前锈蚀对无横向约束光圆钢筋混凝土试件粘结性能的影响机理。应用弹性力学理论,建立了锈胀力计算模型,推导出了保护层胀裂时刻钢筋锈蚀深度的计算表达式;结合已有研究成果,建立了钢筋表面摩擦系数计算公式;在综合考虑锈胀力作用及钢筋表面状况变化对粘结强度影响的基础上,提出了光圆钢筋粘结应力计算模型,并通过多个试验结果对理论模型进行了验证,结果表明计算值与试验值吻合良好,从而定量阐明了保护层锈胀裂前光圆钢筋粘结应力随锈胀力增长及钢筋表面摩擦系数增大而增长的内在机理。     

氯氧镁水泥钢筋混凝土通电锈蚀的断裂性能分析

为了得到氯氧镁水泥钢筋混凝土开裂时的临界锈胀力,基于断裂力学研究了氯氧镁水泥钢筋混凝土在通电锈蚀试验下的断裂性能.根据Glinka-Shen权函数法,利用已知参考荷载下的裂纹尖端应力强度因子,得到孔边单裂纹方形板的权函数;然后推导出孔边单裂纹方形板的裂纹尖端应力强度因子计算公式;最后,由混凝土断裂准则给出通电锈蚀下混凝土开裂时临界锈胀力的计算公式及变化规律.结果表明:随着裂纹长度的增加,裂纹尖端应力强度因子增加,临界锈胀力减小;随着钢筋直径的增加,裂纹尖端应力强度因子减小.     

混凝土中钢筋非均匀锈蚀的余弦函数模型的建立与理论分析

首先将由钢筋锈蚀导致的混凝土保护层胀裂的非均匀锈胀力模型简化为余弦函数锈胀力模型,然后应用弹性力学理论推导余弦函数锈胀力模型的计算公式,并探讨了影响钢筋锈胀力的各个因素,认为:钢筋混凝土间隙越大,混凝土开裂所需的临界锈蚀率越大,临界锈蚀率随着混凝土弹性模量的增加而增加,混凝土强度等级越高,临界锈蚀率越高,随着钢筋半径的增加混凝土起裂所需的锈蚀率减小,随着膨胀倍数的增加临界锈蚀率不断下降,膨胀倍数在2.5之前临界锈蚀率下降速度最快,膨胀倍数在2.5之后下降速度较为平缓。     

疲劳荷载-环境耦合作用下钢筋混凝土梁锈裂数值模拟

为研究疲劳荷载-环境耦合作用下钢筋混凝土梁锈裂损伤情况,基于有限元软件ABAQUS建立混凝土塑性损伤模型,利用钢筋受热膨胀模拟钢筋非均匀锈胀荷载,同时在模型上施加同步的疲劳荷载,实现疲劳荷载-锈胀荷载的耦合作用,模拟耦合作用下钢筋混凝土梁的损伤情况。结果表明:钢筋混凝土梁在跨中部位损伤最严重,有着自下而上、自跨中到两边的传播趋势;相比单独锈胀力的施加,耦合作用引起的损伤要更为严重,分别增加了76%和100%。     

水泥混凝土路面胀缝与断板问题的探讨

介绍了水泥混凝土路面胀缝及断板的危害，阐述了水泥混凝土路面胀缝与断板的类型，分析了病害产生的原因，探讨了施工工艺及要求，并提出了相应的预防措施，以保证水泥混凝土路面的使用寿命。     

如何正确使用混凝土膨胀剂

根据我国混凝土膨胀剂使用中存在的问题 ,提出如何正确使用膨胀剂的建议 ,指出只有认真选择膨胀剂质量 ,确立以限制膨胀率为目标的补偿收缩混凝土配合比设计方法 ,改善结构设计中的合理配筋和加强施工管理等方面的措施 ,才能使混凝土膨胀剂应用能较好地解决建筑结构的裂渗控制问题。     

基于锈胀力的混凝土保护层破裂过程数值模拟

本文运用FINAL有限元软件,基于钢筋锈胀力,研究混凝土保护层裂缝的形成和发展过程,以及应力分布情况。以二维钢筋混凝土简支梁模型为例,采用以均匀锈蚀为理论基础的锈胀力计算模型,混凝土开裂前选用线弹性本构,开裂后选用双线性软化本构,模拟混凝土由加载初始到破坏的整个过程,得到不同时刻的裂缝图和最大主应力图。通过对试件破坏过程中典型裂缝图和最大主应力图的分析,得出模型为顺筋开裂,初裂位置位于钢筋周围的混凝土中,并逐渐向保护层发展,破坏时锈胀裂缝为张性裂缝,拉应力是裂缝扩展的动力,裂缝形态和应力分布均为漏斗状。文中验证了混凝土保护层发生顺筋锈胀破坏的形态,所得结论为混凝土构件的可靠性、耐久性分析提供了理论依据。     

氧化镁膨胀剂及其在大体积混凝土中的应用

现行的混凝土外加剂规范中,未列入MgO膨胀剂。试验研究和工程实践证明,在大体积混凝土中掺入适量的MgO膨胀剂,混凝土具有良好的力学性能和延迟微膨胀特性。充分利用这种特性,可以补偿混凝土的收缩变形,提高混凝土自身的抗裂能力,从而达到简化大体积混凝土温控措施、加快施工进度和节省工程投资的目的。为促进MgO膨胀剂的推广应用,建议将MgO膨胀剂列入我国混凝土外加剂类规范中。     

补偿收缩混凝土及其膨胀剂应用中的几个问题

掺加适量膨胀剂可补偿混凝土的收缩，使混凝土结构达到较好的裂渗控制效果，讨论了补偿收缩混凝土及膨胀剂在应用中应注意的一些问题。     

海滨建筑混凝土结构裂缝原因分析与处理

某海岛混凝土框架结构出现了大量的结构裂缝和混凝土保护层剥落现象,根据现场调查分析和试验结果,判断该建筑在施工时使用了海砂和海水,其中含有的盐分造成了钢筋的严重锈蚀和混凝土保护层的剥落,而潮湿空气中含有的大量盐分,加剧了露天构件的腐蚀程度。针对材料存在的问题,提出了相应的加固处理意见。