模拟北方酸雨对Q235钢腐蚀力学行为的试验研究

为研究北方酸雨对钢管混凝土构件力学性能的影响规律,亟需研究钢管在酸雨腐蚀条件下不同腐蚀程度力学性能的变化规律。为此,参照大连市历年酸雨统计的化学成分,采用人工配制模拟酸雨溶液进行室内加速腐蚀的方法,对Q235钢进行单调拉伸试验。结果表明：酸雨腐蚀后钢材表面易形成腐蚀坑;低腐蚀率(β≤10%)拉伸件的断口主要为正断破坏;高腐蚀率(25%≥β≥15%)拉伸件的断口主要为斜断破坏;模拟酸雨腐蚀后钢材的屈服强度、弹性模量、极限强度和伸长率随着腐蚀率的增加而减少,而泊松比随着腐蚀率的增加而增加。基于试验数据,回归出模拟酸雨腐蚀条件下Q235钢力学性能指标的简化经验公式,结果可为酸雨区钢管混凝土组合结构的设计及结构安全评估提供理论基础和科学依据。     

模拟酸沉降环境混凝土梁承载性能研究

酸雨环境下钢筋混凝土梁力学性能的变化规律是揭示整个结构承载力和耐久性的前提和基础。参考我国典型城市酸雨的化学组成,分别配置PH1.5与PH2.5的硫酸、硝酸混合溶液来模拟不同酸度的酸雨;自行设计制作了人工降雨器模拟降雨;浇筑了11根120mm×200mm×1900mm的钢筋混凝土梁。分别采用完全浸泡、干湿交替、人工降雨等加速腐蚀试验方法,对10根钢筋混凝土梁进行加速腐蚀。对不同浓度溶液下经历不同腐蚀时间的钢筋混凝土梁,分别利用超声方法测试了混凝土损伤厚度和抗压强度,利用动力试验方法评价混凝土梁的整体特性,并对梁的抗弯性能进行了抗弯实验研究。得到了不同侵蚀状态混凝土梁混凝土损伤厚度、构件刚度、构件开裂荷载、极限承载等力学性能;对比分析了不同加速腐蚀条件下混凝土梁抗弯性能的退化规律,得到了混凝土强度、构件频率以及抗弯强度与混凝土梁损伤程度之间的定量关系。研究结果表明:人工降雨与干湿交替两种方法对混凝土梁抗弯性能的影响基本相似,较浸泡方法变化得到的混凝土梁抗弯性能的退化性能更为显著。     

不同加载模式下方钢管混凝土力学性能试验研究与理论分析

对钢管和混凝土同时受力和核心混凝土受力的构件进行了试验研究,考虑了钢管和混凝土之间的粘结力对构件力学性能的影响。同时采用有限元法对钢管和混凝土同时受力、核心混凝土受力和钢管存在初应力的构件进行了理论分析。理论分析结果和该文的试验结果进行了对比,验证了理论分析的正确性。在此基础上对比分析了3种加载模式下构件受力性能的异同,分析了钢材屈服强度、混凝土强度、含钢率等参数对构件力学性能的影响。研究表明:当含钢率较低时,钢管与核心混凝土同时受力构件的刚度和承载力要明显高于核心混凝土受力时构件的刚度和承载力;在3种不同加载模式下,试件的承载力都要高于钢材和混凝土两者承载力的简单叠加;核心混凝土受力时构件的延性要优于同时受力时构件的延性;钢材屈服强度对核心混凝土受力构件的承载力影响很小,提高钢材屈服强度能提高构件的延性。     

腐蚀环境中Q345等边角钢构件拟静力试验研究

腐蚀将改变钢材的化学和物理特性,使得构件性能退化,严重影响结构的抗震性能。为此,该文首先通过重庆地区年降雨时间建立了混合概率模型,将该混合模型与酸雨对金属的腐蚀特点相结合给出了三种不同方式的腐蚀模型。然后,利用腐蚀模型对14个足尺Q345等边角钢试件和25个材性试件展开了不同方式和不同时间的腐蚀,并由材性试验结果对Q345钢力学性能参数的变化规律进行分析和建模。最后,通过拟静力试验,研究了腐蚀环境对Q345等边角钢构件破坏模式、滞回曲线以及主要抗震性能评价参数的影响规律,建立了与之对应的退化模型。结果发现:1) 材性性能随腐蚀损伤增加而退化,甚至出现屈服点消失;2) 承载力的试验值和理论值均因腐蚀损伤而降低,但规范计算公式并不能有效考虑腐蚀损伤;3) 腐蚀损伤使得往复加载次数和滞回环面积减少,刚度退化幅值显著减小,延性和耗能能力降低。     

酸性大气环境下多龄期平面钢框架结构抗震性能试验研究

为研究酸性大气环境下锈蚀对钢材力学性能和平面钢框架结构抗震性能的影响,利用人工气候加速腐蚀试验技术对21组钢材材性试件和4榀平面钢框架结构进行加速腐蚀,并分别对其进行拉伸试验和拟静力试验。拟合拉伸试验数据,得到钢材力学性能（屈服强度、极限强度、伸长率和弹性模量）与失重率之间的线性回归关系;通过拟静力试验,分析了不同锈蚀程度对平面钢框架结构抗震性能（荷载-位移曲线、骨架曲线、强度和刚度退化、耗能能力等）的影响,得到不同锈蚀程度下平面钢框架结构抗震性能的衰退规律。结果表明,锈蚀对平面钢框架结构的抗震性能有着显著的影响,随着锈蚀程度的加剧,平面钢框架结构的极限承载力和耗能能力明显降低,强度和刚度退化严重,而且脆性破坏显著。     

CFRP约束钢管-活性粉末混凝土短柱轴压性能

为研究圆碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)约束钢管-活性粉末混凝土(RPC)短柱的轴压性能,以CFRP粘贴层数和钢管壁厚为参数进行了12根CFRP约束钢管-RPC短柱、4根钢管-RPC短柱及4根钢管短柱的轴压力学性能试验。通过荷载-位移曲线分析了CFRP层数和钢管壁厚对试件极限荷载和变形能力的影响,探讨了提高系数、CFRP应变效率和延性系数等相关性能指标,最后通过提高系数关联套箍率提出了CFRP约束钢管-RPC短柱承载力模型。结果表明:CFRP约束能有效地增强钢管-RPC短柱的承载能力和变形能力。与CFRP约束钢管-混凝土相比,CFRP约束钢管-RPC表现出CFRP应变效率的下降,并且其延性不如CFRP约束钢管-混凝土。在钢管-RPC承载力的基础上提出了实用的CFRP约束钢管-RPC短柱轴压承载力计算模型。      

内配型钢圆钢管混凝土轴压短柱在不同含钢率下承载力分析

利用ABAQUS有限元软件建立了内配型钢钢管混凝土轴压短柱构件有限元模型,通过有关研究者的试验结果验证了有限元模型的可靠性。以保证钢材总含钢率不变为基本条件,对钢管和内配型钢进行分配,研究和分析该构件的受力机理和力学性能,计算了各组件的承载力分配曲线、轴压应力-应变全过程曲线以及接触应力,并与钢管混凝土构件进行了对比。对不同总含钢量下钢管含钢率分配对承载力的影响规律进行了计算,通过定义承载力提高因子Idex Nc和承载力提高指数Idex Ns等评价指标,对内配型钢钢管混凝土构件的承载力进行了定量分析。结果表明,将总钢材进行分配得到的内配型钢钢管混凝土构件的承载力略低于全部钢材在外部的钢管混凝土构件,钢管含钢率是影响该类组合构件承载力的主要因素。为了使该构件的承载力发挥最优,外钢管含钢率不应低于总含钢率的60%。     

多腔式多边形钢管混凝土柱偏心受压承载力研究

以天津高银117大厦巨型柱为原型,按1/20缩尺设计制作11根多腔式多边形钢管混凝土柱偏压试件,通过静力试验研究其偏心受压性能,包括破坏形态、荷载-侧向挠度关系曲线和荷载-应变关系曲线,采用ABAQUS软件拓展分析钢管壁厚、长细比、偏心率和混凝土强度等参数对试件极限承载力的影响规律。研究结果表明:多腔式多边形钢管混凝土柱偏心受压试件主要发生弯曲型失稳破坏;提高混凝土强度或钢管壁厚,可提高试件的极限承载力;腔内钢筋笼可显著提高其延性及后期承载力;当长细比从24增加到70,其极限承载力下降38.6%;当偏心率从0.2增加到1,其极限承载力下降54.1%;基于有限元结果,参考相关的承载力计算方法,建立适用于六边形六腔及五边形四腔的钢管混凝土柱偏心受压承载力计算公式,可为实际工程应用提供参考。     

多室式钢管混凝土T 形短柱的非线性分析

通过定义等效方形截面和改变混凝土强约束区、弱约束区界线底角来衡量多室式T形截面内钢材对混凝土的整体约束作用,依据轴压试验结果修正了Mander 约束混凝土模型中有效侧向约束力及下降段的表达式,建立了核心混凝土的本构关系。应用ABAQUS 对8 个多室式钢管混凝土T 形短柱试件的轴压性能进行了模拟,模拟结果与试验数据的对比表明,该本构关系能较好地适用于对构件性能的非线性分析。在此基础上探讨了构件中钢材和混凝土的共同工作情况,发现其工作机理与其它截面形式的钢管混凝土柱较为一致。将多室式钢管混凝土T形柱视为由3个矩形钢管混凝土部件折减钢板后组成,应用叠加原理得出了构件的强度承载力公式,可供实际应用参考。     

脱空对圆钢管混凝土受剪性能的影响分析

建立了考虑核心混凝土环形脱空缺陷的圆钢管混凝土受剪构件的有限元分析模型。在对模型可靠性进行验证的基础上,对带缺陷构件受剪承载力的影响因素进行了研究。研究结果表明,脱空降低了钢管混凝土受剪构件的极限剪应力,且降低程度主要与脱空率和剪跨比有关,而受混凝土强度、钢材强度和截面含钢率的影响较小。当剪跨比为0.5时,脱空对带缺陷构件的受力性能影响最为显著。基于参数分析,提出了不同脱空率情况下圆钢管混凝土构件的受剪承载力实用计算方法。     

圆、矩形钢管混凝土短斜柱力学性能试验研究

该文对6 个圆钢管混凝土短斜柱、10 个矩形钢管混凝土短斜柱进行了竖向荷载作用下的试验研究,探讨了倾斜角度对圆、矩形钢管混凝土短斜柱抗压力学性能的影响,建议了圆、矩形钢管混凝土短斜柱强度承载力计算式。结果表明:1) 随着倾斜角度的增加,圆、矩形钢管混凝土短斜柱极限承载力和刚度均有下降的趋势;2) 建议的极限承载力计算式计算结果与试验结果总体上较为吻合,可用来预测圆、矩形钢管混凝土短斜柱的截面强度。     

Impact of corrosion on mechanical properties of steel embedded in 27-year-old corroded reinforced concrete beams

This paper deals with the impact of corrosion on the mechanical properties of steel in reinforced concrete. Steel bars were extracted from a 27-year-old corroded reinforced concrete beam that had been exposed to a chloride environment. Bars with different degrees of corrosion and with different corrosion pit depths were tested in tension. A comparison was made between nominal and true stress for corroded and control steel specimens. It was noted that the degree of corrosion strongly affected the mechanical properties of the steel, particularly the ultimate stress and strain. Interestingly, the true yield strength of all the corroded steel bars remained almost constant while their true ultimate strength was considerably increased. A reduction of the ultimate elongation appeared to be the major effect of corrosion and affected the compliance with standards.     

Mechanical behaviour of corroded reinforced concrete beams—Part 1: Experimental study of corroded beams

Steel corrosion in reinforced concrete leads to crack occurrence along the reinforcement (secondary cracks), to a reduction in bond strength and a reduction in steel cross section. The purpose of this study is to determine the effect of these deteriorations on the global behaviour of reinforced concrete structural elements in their service and ultimate states. Mechanical experimentation was carried out on fourteen-year-old reinforced concrete beams, on two control elements and two corroded beams. A comparative analysis of the results obtained on the beams showed that concrete cracking in the compressive area had no significant influence on the behaviour in service of the corroded elements. However, significant modifications of service behaviour were observed, due to the degradations in the tensile zone, namely: loss of bending stiffness, dissymmetrical behaviour. Finally, the measure of the residual steel cross-section of the corroded re-bars showed that the loss of bending stiffnes due to steel corrosion cannot be merely explained in terms of steel cross-section reduction. Concerning the ultimate behaviour, the loss of steel cross-section is the main parameter which leads to a reduction of bearing capacity and ductility. Another part will explain the separate and coupling effects of bond strength and steel cross-section loss on the mechanical behaviour of corroded beams.     

锚贴钢板加固RC锈蚀梁承载力计算方法与试验研究

基于桁架理论模型,定量考虑锈蚀钢筋力学性能、加固钢板厚度、粘胶层粘结强度、保护层厚度对承载力的影响,建立了RC梁锈蚀锚贴加固后极限承载力的计算公式。通过对9片锚贴钢板加固锈蚀梁、3片锈蚀梁以及3片不锈蚀加固梁的试验研究,验证了理论模型的正确性。试验研究和公式计算表明在锈蚀率接近和保护层厚度相同的情况下,钢板厚度每提高1mm,承载力大小提高15kN~20kN,在锈蚀率大小不同的情况下,锈蚀率增加2%~3%,承载力降低大约10kN。     

GFRP管-灌浆料修复锈蚀钢管节点受压性能研究

圆钢管焊接节点应用广泛,长期服役后的腐蚀退化问题严重影响其安全性和剩余寿命。为研究GFRP管-灌浆料修复锈蚀钢管节点的效果,对6组未锈蚀、锈蚀未修复和GFRP管-灌浆料修复的锈蚀圆钢管T形节点开展了支管轴压力静载试验。试验结果表明：主管锈蚀导致的约10%重量损失会使节点承载力降低近20%;GFRP管-灌浆料有效地约束了锈蚀主管的侧向外凸变形,使节点的控制破坏模式由主管塑性化转变为主管冲剪,从而使锈蚀节点的受压承载力和初始刚度分别提升约100%和50%,且均高于未锈蚀的对比试件。基于验证的精细化有限元模型,进一步参数分析表明,支主管直径比、GFRP管厚度以及修复主管截面空心率是影响修复节点受压性能的关键参数,主管修复长度和灌浆料强度的影响较小;优化修复构造,可使主管重量损失28%的锈蚀节点承载力提升至锈蚀前的1.5倍以上。最后,基于修复节点承载力达到1.2倍未锈节点的目标,提出了适用于不同节点锈蚀率的修复建议,可为长期服役后锈蚀钢管结构的修复与性能提升提供参考。     

锈损冷弯薄壁卷边槽钢短柱受压承载力试验研究

为研究锈损对冷弯薄壁型钢短柱受压承载性能的影响,设计加工了6个轴压及6个绕强轴偏心受压短柱试件,首先通过拉伸试验,分析了材料力学性能与锈蚀程度间的关系,然后对试件进行承载力试验,分析其破坏模式、极限承载力及变形特征等特性,结果表明:锈损钢材的屈服、抗拉强度、弹性模量及伸长率均随锈蚀程度的增加呈线性下降趋势。锈损未使短柱试件的最终破坏模式发生变化,但随着偏心距的增大,试件由腹板局部屈曲变为以畸变屈曲为主的耦合破坏模式;在相同锈蚀率条件下,轴压试件的极限承载能力较偏压试件退化更明显。采用ABAQUS有限元软件对试件进行数值模拟,计算结果表明其能够较好的预测试件承载力及屈曲行为。     

Plastic collapse load of corroded steel plates

Corrosion is one of the detrimental phenomena which reduces strength of structures. It is common practice to assume a uniform thickness reduction for general corrosion. Since the actual corroded plate has rough surfaces, to estimate the remaining strength of corroded structures, typically a much higher level of accuracy is required. The main aim of present work is to study plastic collapse load of corroded steel plates with irregular surfaces under tension. Non-linear finite element method by using computer code ANSYS was employed to determine plastic collapse load. By comparing the results with uniform thickness assumption, a reduction factor was proposed. It is found that by uniform thickness assumption, plastic collapse load of corroded plates are overestimated.     

钢管混凝土偏心受压应力—应变试验研究

试验共对18根钢管混凝土偏心受压短柱进行了测试。试验参数包括偏心率和截面参数(含钢率和混凝土强度)。介绍了试件的内容、试验装置与方法,并重点进行了偏心率对钢管混凝土偏压构件受力性能影响的分析。分析结果表明,偏心率大,相同的纵向应变所对应的钢管环向应变小,紧箍力对提高混凝土强度的作用也随之削弱,构件的承载力也明显降低,达到极限承载力时钢管受压边缘的应变值也相应要大。但偏心率对构件的延性系数影响不大。     

钢管混凝土轴心受压构件的徐变预测模型及其徐变性能分析

为研究混凝土徐变对钢管混凝土轴心受压构件长期受力性能的影响,考虑构件截面内力重分布,建立了钢管混凝土轴心受压构件截面应力和应变以徐变系数为参数的随混凝土龄期变化关系的理论模型,结合已有试验数据和国内外常用12种混凝土徐变预测模型对该模型进行验证,并找到了适用于钢管混凝土轴心受压构件的徐变预测模型--Huo模型;在此基础上,计算并分析了钢管混凝土轴心受压构件混凝土龄期为10000 d的截面应力和应变;通过对混凝土强度等级、环境年平均相对湿度、初始加载龄期、含钢率、构件长度、截面应力水平等因素的不同取值,分析了各因素对钢管混凝土轴心受压构件徐变性能的影响程度及规律。结果表明:当钢管混凝土轴心受压构件的轴力不大于其极限承载力的60%时,随着加载龄期的增长,钢管截面应力逐渐增大,最大变化量达61.4%,而混凝土截面应力逐渐减小,最大变化量达26.2%;加载初期构件应变增长迅速,1000 d以后应变增长速度减慢,构件最终应变是初始应变的1.61倍;在轴压比相同的条件下,钢管混凝土轴心受压构件的徐变应变终值随着混凝土强度等级的提高而逐渐增大,随着含钢率的增大显著减小,随着初始加载龄期、环境年平均相对湿度、构件长度的增大而逐渐减小,轴压比不大于0.6时,其徐变应变终值随轴压比增长。研究成果可为钢管混凝土轴心受压构件在正常使用阶段徐变计算以及徐变变形控制提供依据。