锈蚀RC框架柱性能劣化的模拟与评估

为研究钢筋的不均匀锈蚀对RC框架柱性能的影响。推导了钢筋锈蚀过程中混凝土裂缝扩展规律以及锈蚀产物沿钢筋环向的分布规律,建立了基于表观裂缝宽度的纵筋锈蚀程度评估模型。通过引入锈蚀影响系数提出了考虑不均匀锈蚀分布的锈蚀纵筋等效强度模型。基于已有试验结果分析了纵筋锈蚀和箍筋锈蚀的关系,建立了箍筋和纵筋锈蚀程度的关联模型。基于Mander的约束混凝土模型建立了锈蚀箍筋约束的混凝土模型。模型计算结果表明:钢筋锈蚀导致混凝土、钢筋强度显著降低,钢筋的不均匀锈蚀会对钢筋力学性能产生影响。基于OPENSEES平台和所提出的材料模型,建立了锈蚀RC框架柱的数值模型。根据已有试验资料,先后对本文所提出的纵筋锈蚀程度评估模型,箍筋和纵筋锈蚀程度关系模型,锈蚀箍筋约束混凝土模型,以及锈蚀RC柱的数值模型进行了验证。结果表明,本文模型具有较好的精度,锈蚀程度评估模型能够体现主要因素的影响,研究结果可用于既有混凝土结构的性能评估。     

基于非均匀锈蚀的带肋钢筋黏结性能

根据钢筋的非均匀锈蚀特征,研究锈蚀带肋钢筋与混凝土间的黏结性能.基于未锈蚀带肋钢筋黏结强度的微观受力模型与均匀锈蚀带肋钢筋黏结性能模型,考虑钢筋的实际锈蚀为非均匀锈蚀,利用弹性力学方法建立带肋钢筋黏结强度的预测模型,推导出锈蚀带肋钢筋与混凝土间的极限黏结强度.分析无横向约束的锈蚀钢筋极限黏结强度,对混凝土开裂时刻钢筋的临界锈蚀深度进行预测.试验结果与理论预测结果吻合良好,采用该模型可以较准确地反映钢筋实际锈蚀后黏结强度的变化情况.     

考虑均匀/非均匀锈蚀特征参数的钢筋力学与变形性能

开展了45个混凝土试件中135根加速锈蚀钢筋的单轴拉伸试验,分别建立了均匀/非均匀锈蚀特征参数与锈蚀钢筋的力学性能参数和变形性能参数之间的定量关系,进而提出了基于均匀/非均匀锈蚀特征参数的锈蚀钢筋应力应变关系模型。结果表明：锈蚀钢筋的力学和变形性能参数与锈蚀特征参数之间的相关性较大,随着质量锈蚀率、最大截面锈蚀率和最大锈蚀深度相对值的增加呈现线性减小趋势,而随着最小剩余截面积相对值和面积点蚀因子的增大呈现线性增大趋势;随着钢筋锈蚀程度的增加,锈蚀钢筋的屈服平台会出现明显退化现象,当质量锈蚀率、最大截面锈蚀率和最大锈蚀深度相对值分别大于20%、60%和40%左右或最小剩余截面积相对值和面积点蚀因子分别小于40%和60%左右时,屈服平台基本消失;轻度锈蚀钢筋可以利用均匀和非均匀锈蚀特征参数来描述应力应变关系曲线,而重度锈蚀钢筋采用非均匀锈蚀特征参数来描述应力应变关系曲线更合理。     

应力作用下混凝土胀裂前钢筋锈蚀率预测模型

假设混凝土保护层完全碳化时钢筋开始锈蚀,利用应力状态下混凝土碳化模型,获得应力状态下混凝土中钢筋开始锈蚀时间的计算模型。根据应力状态下混凝土中CO2有效扩散系数得到相应的O2有效扩散系数,并通过外加电流加速锈蚀试验研究了应力状态对钢筋锈蚀速率的影响。最终基于法拉第定律建立了应力状态下混凝土中钢筋锈蚀率的预测模型,并用预测模型计算工程实例。计算结果与实测结果符合较好,同时证明随着应力水平的提高,钢筋开始锈蚀时间提前,锈蚀率加快,最终导致高应力区域锈蚀率明显高于低应力区域。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能数值模拟

采用DIANA有限元软件建立分离式钢筋混凝土梁模型,同时根据已有研究成果建立锈蚀钢筋及钢筋-混凝土界面的性能退化模型,通过试验验证了模型在锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能分析中的实用性。在此基础上,对锈蚀梁的梁拱作用转换和不均匀锈蚀梁的受力性能进行了数值模拟。结果表明：在钢筋端部锚固良好的情况下,剪弯段黏结破坏引起锈蚀梁的受力机制由梁作用向拱作用转换,且最终导致梁在使用荷载下的抗弯刚度降低34％～44％;纵向不均匀锈蚀梁的抗弯性能评价可简化为全跨均匀锈蚀梁,且计算承载力时宜取不均匀分布锈蚀率的最大值,计算刚度时宜取其平均值。     

锈蚀钢筋横截面积分布规律统计分析

检测确定钢筋的锈蚀特征参数是进行锈蚀钢筋混凝土结构性能评定的基础。通过电化学加速锈蚀试验获得不同锈蚀程度的钢筋,采用三维激光扫描技术建立锈蚀钢筋的三维几何模型,并提取相关的锈蚀特征参数。然后基于概率理论统计分析锈蚀钢筋平均截面锈蚀率与最大截面锈蚀率、锈蚀不均匀系数之间的相关性,建立了锈蚀不均匀系数的概率分布模型。研究表明:随着锈蚀程度的增大,最大截面锈蚀率和锈蚀不均匀系数均呈幂函数增长,并与锈蚀钢筋的直径有关;锈蚀不均匀系数服从广义极值分布,其概率分布的形状参数、尺度参数和位置参数均随锈蚀程度的增大而线性增大,并与锈蚀钢筋的直径和单元长度有关。     

混凝土保护层锈胀开裂时间的预测方法

钢筋锈蚀引起的混凝土保护层锈胀开裂时间是工程技术人员对钢筋混凝土结构进行维修加固决策的关键.为合理准确的预测混凝土保护层锈胀开裂时间,采用厚壁筒理论,假设圆筒内壁钢筋表面位置处存在2条初始径向裂纹,混凝土裂缝尖端的应力强度因子为钢筋与混凝土接触面完全光滑和理想粘结2种情况下应力强度因子的线性组合,通过断裂韧度与最大荷载的关系建立了考虑混凝土结构初始缺陷和微裂缝的临界锈胀力预测模型,进而提出了一种同时考虑界面间隙和钢筋锈损厚度混凝土保护层锈胀开裂时间的预测方法,并对方法的有效性进行了初步验证.该方法的显著特点在于,通过确定实验常数α,既适用于光圆钢筋又适用于变形钢筋情况下的混凝土耐久寿命预测.     

裂缝对混凝土结构耐久性的影响

分析了裂缝对混凝土中钢筋腐蚀的影响,阐述了混凝土结构裂缝状态下的钢筋腐蚀机理。井提出了研究一般环境条件下钢筋腐蚀的基本思路。     

考虑钢筋锈蚀的RC梁承载力的非线性有限元分析

在考虑锈蚀引起的钢筋横截面损失和粘结强度下降的前提下,利用非线性弹簧单元模拟锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结滑移性能,建立了锈蚀钢筋混凝土梁的有限元分析模型。对锈蚀钢筋混凝土梁承载力进行仿真分析,讨论了钢筋截面损失和锈蚀率对钢筋混凝土梁承载力的影响。     

四极法评价混凝土中钢筋腐蚀

利用地球物理勘探过程中常用的四极法测定了含氯盐及亚硝酸盐钢筋混凝土中钢筋与混凝土界面的阻抗谱参数，同时测定自然电位、腐蚀面积率、钢筋失重率等，确定了阻抗谱参数与钢筋腐蚀程度的关系。试验结果表明，亚硝酸盐在含氯盐混凝土中具有良好的抑制钢筋腐蚀的能力，四极法可以评价混凝土中钢筋腐蚀程度。     

钢筋在混凝土模拟孔溶液中的腐蚀研究

钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素.研究了模拟孔溶液pH值、Cl-浓度、SO42-浓度以及空气等对钢筋锈蚀的影响.试验结果表明：随溶液pH值降低,钢筋锈蚀程度增加.随孔溶液中Cl-浓度增加,锈蚀钢筋增重率线性增加.依据钢筋增重率判断,Cl-导致钢筋锈蚀临界值为0.065%.氯盐溶液中SO42-存在使钢筋锈蚀速度变为原来的2~3倍.将腐蚀溶液中钢筋与空气隔绝将延缓钢筋锈蚀.     

考虑个体差异的氯氧镁水泥混凝土涂层钢筋寿命预测

氯氧镁涂层钢筋混凝土（MOCRC）中涂层钢筋的制作误差导致不同MOCRC中涂层钢筋的寿命预测存在一定的差异,提出充分考虑个体差异性的溶液浸泡加速腐蚀试验,基于Wiener退化过程对涂层钢筋进行寿命预测. 判断涂层钢筋腐蚀电流密度是否符合Wiener退化过程;在考虑涂层钢筋个体差异性的前提下引入漂移系数进行建模;将考虑个体差异与未考虑个体差异的涂层钢筋寿命预测对比分析. 结果表明：溶液浸泡加速腐蚀试验下涂层钢筋的退化模型服从一个项数的指数函数. 基于Wiener退化过程,考虑个体差异性的涂层钢筋在25 000 d左右发生严重锈蚀,未考虑个体差异性的涂层钢筋在30 000 d左右发生严重锈蚀.     

锈蚀钢筋混凝土梁的抗扭承载力

目的研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁抗扭承载力的影响,为锈蚀构件寿命分析提供计算依据．方法对20根快速锈蚀梁进行抗扭承载力测试,并基于变角空间桁架计算模型,建立了锈蚀钢筋混凝土梁受扭承载力实用计算公式．结果纵筋锈蚀、箍筋锈蚀和纵箍筋同时锈蚀的3种梁承载力对比表明,钢筋锈蚀对梁的极限抗扭承载力均有影响．纵箍筋同时锈蚀对极限抗扭承载力的影响程度要比单独的纵筋锈蚀或箍筋锈蚀大,而箍筋锈蚀的影响大于纵筋锈蚀．结论在考虑钢筋锈蚀后截面、抗拉性能及黏结性能的变化后,变角空间桁架模型计算结果与试验结果在钢筋锈蚀率〈8％时,具有可靠的计算精度．而当钢筋锈蚀率超过8％时,计算值与试验值稍有偏差．     

钢筋加速非均匀锈蚀试验方法和锈蚀形态研究

采用自主发明的通电加速钢筋非均匀锈蚀试验方法,以不锈钢丝作为辅助电极对混凝土试件进行通电加速锈蚀,利用三维激光扫描技术获得不同锈蚀率下锈蚀钢筋的三维几何模型,研究采用该方法时锈蚀钢筋的不均匀性. 研究发现,由此可以得到与实际自然锈蚀情况相似的不均匀锈蚀现象,即靠近不锈钢丝一侧锈蚀比较严重,远离不锈钢丝一侧锈蚀较少. 根据对锈蚀钢筋纵向截面积的分析,建立不均匀系数R的概率分布模型,其值满足Gumbel极值分布;将模型与实际自然锈蚀的钢筋不均匀系数R的概率分布进行比较,进一步验证该方法用于评估钢筋混凝土构件承载力的可行性.     

水工混凝土结构钢筋分布及锈蚀检测

钢筋是混凝土结构不可或缺的组成部分,钢筋锈蚀程度也是影响工程质量和安全运行的重要因素。在水工钢筋混凝土结构中,水这一因素的存在将会使问题更加复杂和严重。因此,对水工混凝土结构进行钢筋分布及锈蚀检测就变得尤为重要。针对上述问题,采用工程地球物理方法对混凝土结构中钢筋的分层和分布进行探测,并采用电化学方法对锈蚀程度及性状进行检测,得到水工混凝土结构钢筋分布及锈蚀概率统计,由此为混凝土结构缺陷的判断提供数据基础,最终结合裂缝分布及贯穿深度进行分析,达到对水工混凝土危险病害进行判断和识别的目的。通过实例证实,该技术体系应用效果良好,具有一定的实践应用和工程推广意义。     

锈蚀钢筋混凝土黏结滑移本构模型及数值模拟应用

为研究纵筋与箍筋共同锈蚀对钢筋混凝土黏结性能的影响,采用电渗—恒电流—干湿循环的加速锈蚀方法对25个钢筋混凝土（RC）试件进行锈蚀,进而对其进行拉拔试验,研究了纵筋锈蚀、箍筋锈蚀、保护层厚度和箍筋间距等参数对黏结性能的影响规律。分析了锈蚀对混凝土与钢筋界面间黏结力的影响,将黏结性能退化归因于材料性能退化和约束效应退化,基于试验数据,建立并验证了一个考虑设计参数、纵筋及箍筋共同锈蚀的修正黏结滑移本构模型。结合所提本构模型及微元算法建立了锈蚀纵筋应力-滑移模型,基于OpenSees平台,将所建模型应用于零长度截面单元中,通过串联纤维梁柱单元与零长度截面单元建立了考虑黏结滑移变形的锈蚀RC构件数值模型,根据锈蚀RC柱拟静力试验数据对该模型的准确性进行验证,并采用仅考虑锈蚀损伤的纤维模型进行辅助验证。结果表明:混凝土与钢筋界面间黏结力随锈蚀程度的增加呈先上升后下降的趋势,增加保护层厚度可略微增加黏结强度,而箍筋加密对黏结强度提升明显;与纤维模型相比,所建锈蚀RC纤维模型承载力、累计耗能和极限位移误差分别降低12.8%、23.5%和14.2%,表明所建模型可合理计算钢筋滑移的贡献且准确预测锈蚀RC柱地震整体响应。     

锈蚀钢筋混凝土局部修复电化学不相容性研究

试验表明：采用水泥基类材料修复时，由于复界面活化区－钝化区宏电流腐蚀电流的形成，导致修复界面原混凝土区域内的钢筋腐蚀加剧，其腐蚀速度提高的1．5－2．5倍，腐蚀加剧的影响范围随局部修复区域的增大而增大，最大影响范围约为局部修复范围的1／2，而修复区内的钢筋不发生腐蚀，采用树脂材料修复时，不产生锈蚀加剧现象。     

砼结构基于碳化腐蚀的优化维修策略

《工业建筑防腐蚀设计规范》规定了砼结构中受力钢筋的最小保护层厚度,认为对接触弱腐蚀性介质的钢筋砼结构,随着钢筋保护层的减小,结构耐久性能也随之降低.依此设计要求,提出一种基于砼碳化腐蚀的耐久性准则,定义了相应的耐久度系数概念,并据此建立了以“修旧如新”为维修准则的砼结构优化维修策略.     

RC梁钢筋锈蚀监测与概率成像定位

为评估RC结构内钢筋的锈蚀损伤状态,开展了基于压电传感的RC梁钢筋锈蚀监测与定位技术研究.首先,在钢筋表面布设3组压电陶瓷(PZT)传感器,随后对监控到的信号进行基4FFT变换和提取频谱特征,刻画了钢筋锈蚀发展过程,并验证了基于PZT的监控方法对钢筋锈蚀全过程监测的适用性;其次,通过对概率成像方法中的权重函数进行修正,...     

锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能

对8根模拟锈蚀钢筋混凝土梁进行了高周疲劳试验,研究和探讨了模拟锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能。结果表明,交变荷载作用下试件的斜裂纹出现并迅速发展成主裂缝;模拟锈蚀钢筋混凝土梁多在端部发生剪切疲劳破坏;试件的挠度发展、裂缝分布与破坏形态密切相关;随循环次数增加,锈蚀主筋的最大、最小应力不断增长,应力幅值基本不变;混凝土的最大、最小压应变快速增长,应变幅值平稳增长;试件的疲劳寿命具有较大的离散型;同等条件下,锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳寿命往往比锈蚀钢筋的轴向拉伸疲劳寿命长。