磁介质理论在钢筋锈蚀检测中的应用研究

基于磁介质理论,根据钢筋混凝土结构中钢筋与铁锈、混凝土、水等成分的不同磁导率特征,采用数值模拟方法分析钢筋对空间磁场分布的影响。分析结果表明,钢筋对其周围磁场强度有显著的增强作用,随着钢筋直径的减小,增强作用逐渐减弱。根据数值模拟结果,设计了MCD钢筋锈蚀检测传感器,并对混凝土中钢筋锈蚀过程进行了监测。试验结果表明,仪器能够动态、定量化表征钢筋锈蚀率,检测结果具有较高的精度。     

锈蚀钢筋混凝土墙体压弯承载力试验研究

考虑钢筋种类、混凝土强度、钢筋锈蚀率因素,对10个锈蚀钢筋混凝土墙体试件进行了压弯承载力试验研究。结果表明:钢筋锈蚀对墙体的承载力和挠度均有不同程度的影响;锈蚀钢筋混凝土墙体的承载力计算仍可近似采用平截面假定,但需引入协同工作系数考虑锈蚀钢筋与混凝土黏结滑移的影响;给出了锈蚀钢筋混凝土墙体的压弯承载力计算公式,并通过与试验结果比较,验证了计算公式的适用性。     

基于锈胀裂缝的锈蚀梁钢筋锈蚀率计算

根据钢筋混凝土梁锈胀开裂的特点,考虑钢筋锈蚀不均匀性,对锈胀裂缝宽度实测值进行修正。结合对钢筋锈蚀开裂后锈蚀物体积膨胀的量化分析,得到了混凝土开裂后的钢筋锈蚀率基于锈胀裂缝宽度的计算模型,并通过电解液加速锈蚀方法对配筋混凝土试块进行加速腐蚀试验,拟合出了实用的锈蚀率计算式。采用7根钢筋混凝土梁的电解液加速腐蚀试验进行验证。结果表明：锈胀裂缝宽度与钢筋锈蚀率近似呈线性变化;在钢筋不均匀锈蚀的情况下,采用间接法计算得到的钢筋最大锈蚀率与试验平均锈蚀率的比值在1.4~2.4之间,与实际情况符合较好。     

锈蚀率与极限粘结强度关系的试验研究

根据钢筋快速锈蚀试件的粘结破坏试验结果 ,考虑混凝土保护层厚度、混凝土强度、钢筋直径、钢筋种类和钢筋位置 5种因素对锈蚀率与粘结强度关系的影响 ,给出了钢筋锈蚀率与钢筋混凝土极限粘结强度的本构关系。为锈蚀钢筋混凝土构件承载能力全过程分析提供了科学依据。     

锈蚀钢筋混凝土的粘结性能退化的试验研究

通过电化学原理对钢筋混凝土拔出试件进行加速锈蚀并控制其锈蚀量,根据锈蚀变形钢筋的拔出试验结果表明：由于变形钢筋与混凝土间化学胶结力、机械咬合力、混凝土对钢筋的约束力随钢筋锈蚀率的增加而明显下降,钢筋与混凝土间的粘结性能与剪切刚度性能明显退化。最后根据试验结果的统计分析,建立了钢筋锈蚀率与粘结性能的关系     

锈蚀钢筋混凝土压弯构件受力性能研究

采用外加电流对混凝土构件中钢筋快速锈蚀,通过材性试验探讨了锈蚀钢筋力学性能,通过锈蚀钢筋混凝土构件荷载试验,探讨了钢筋锈蚀程度对混凝土构件的承载力、刚度的影响,有效地评估了锈蚀钢筋混凝土构件承载力的降低程度和耐久性。     

锈蚀率对钢筋混凝土梁黏结滑移性能影响的试验研究

建立了锈蚀钢筋混凝土梁中钢筋与混凝土之间黏结滑移数值分析模型,设计制作了14根不同剪跨比与锈蚀率的钢筋混凝土梁,采用ANSYS有限元软件建立了锈蚀钢筋混凝土梁的三维有限元模型,对14根钢筋混凝土梁开展极限承载力试验,从锈蚀钢筋混凝土梁的荷载-跨中挠度曲线、极限承载力以及钢筋与混凝土之间黏结力3个方面开展对比分析研究,结果表明锈蚀钢筋混凝土梁的荷载-跨中挠度曲线均可大致分为弹性和塑性两个阶段,随着锈蚀率变大,弹性阶段与塑性阶段的分界逐渐不明显。锈蚀钢筋与混凝土之间的黏结力随着距离跨中截面距离的增大变大,且最大黏结力位置出现于加载点附近,同级荷载下,最大黏结力随着锈蚀率的增加而减小。锈蚀钢筋混凝土梁极限承载力随着锈蚀率和剪跨比的增加而变小,当剪跨比为3.0时,平均每升高1%锈蚀率,极限承载力试验值降低1.002 k N,当剪跨比为2.4时,平均每升高1%锈蚀率,极限承载力试验值降低1.849 k N。     

加速锈蚀与持续荷载对钢筋混凝土粘结性能的影响

为了研究锈蚀钢筋与混凝土的粘结性能,选择了 15块粘结区段带裂缝的钢筋混凝土梁式试件,进行了电加速锈蚀与持续荷载两种工况共同作用下的试验研究.通过弯曲粘结试验观察了梁式试件的破坏形态,得到了锈蚀钢筋与混凝土的粘结强度值与粘结-滑移曲线.试验结果表明,电加速锈蚀与持续荷载的工况条件显著降低了钢筋混凝土间的粘结强度,且锈蚀率越高、持续荷载越大,粘结强度就越小.在弯曲粘结试验中,梁式试件加载端滑移普遍大于自由端滑移,且滑移量随着梁式试件的持载等级与纵筋锈蚀率的提高而增大.     

锈蚀钢筋混凝土梁的结构性能退化模型

通过对锈蚀钢筋混凝土梁的试验,研究了结构性能退化机理.根据退化机理分析,锈蚀钢筋的力学性能退化以及锈蚀钢筋与混凝土粘结性能退化是导致钢筋混凝土锈蚀梁的结构性能退化的主要因素.通过锈蚀钢筋力学性能及其与混凝土的粘结性能的试验研究,建立了锈蚀钢筋的应力-应变关系和锈蚀钢筋与混凝土的粘结应力-滑移关系的退化模型.在基本力学性能研究基础上,建立锈蚀梁有限元模型,实现了锈蚀梁的有限元分析.     

锈蚀钢筋疲劳后静力力学性能试验研究

通过对疲劳试验后的锈蚀钢筋混凝土梁中锈蚀钢筋的静力拉伸试验,获取相应锈蚀钢筋的力学性能参数,经分析得到钢筋锈蚀率与疲劳寿命和名义屈服强度之间的定性关系以及钢筋静力力学性能随疲劳应力幅和锈蚀率的变化规律。     

锈蚀钢筋再生混凝土梁力学性能试验研究及ANSYS分析

通过对钢筋通电加速锈蚀的方法,对12根不同钢筋锈蚀率下粗骨料取代率为100%再生混凝土梁的三分点加载试验,分析相同强度条件下不同钢筋直径和锈蚀率的再生混凝土梁力学性能的影响。结果表明:当钢筋锈蚀率小于10%时,钢筋与再生混凝土的粘结强度足以保证两者能够共同工作,此时试验梁发生材料强度破坏模式;当钢筋锈蚀率超过了10%时,钢筋与再生混凝土的粘结强度不足以保证两者共同工作,此时试验梁发生粘结失效破坏模式。基于ANSYS有限元软件对不同钢筋锈蚀率的再生混凝土梁进行模拟分析,并对锈蚀钢筋再生混凝土梁跨中截面的荷载应力关系曲线进行验算,通过有限元结果与试验结果对比,验证了有限元分析模型的可靠性。     

混凝土构件中钢筋锈蚀的中子断层扫描成像

制备了小型混凝土构件,通过三点弯曲诱导裂缝和氯盐溶液干湿循环加速其中钢筋锈蚀,采用自然电位法监测钢筋的腐蚀电位,并采用中子断层扫描成像技术对钢筋锈蚀产物分布进行了分析.结果表明:钢筋混凝土构件经过85次氯盐溶液干湿循环后,采用中子断层扫描成像技术对其进行三维扫描成像,可直观呈现钢筋锈蚀产物分布状况;钢筋锈蚀产物集中分布于裂缝断面钢筋与基体界面的底部区域,并沿界面逐渐向外扩展,符合氯盐诱导钢筋锈蚀的坑蚀规律.这为研究混凝土结构中钢筋的锈蚀机理提供了一种新的试验方法.     

基于涡流热成像的锈蚀钢筋混凝土表面温度变化试验研究

电涡流红外热成像检测技术是一种新兴的无损检测技术,其利用混凝土内部钢筋锈蚀程度不一样导致钢筋的发热效率不一样,使传导至混凝土表面的温度变化速率不一样的原理来判定混凝土内部钢筋锈蚀程度。通过试验研究了锈蚀钢筋混凝土在不同锈蚀时间、钢筋直径、混凝土强度及保护层厚度等影响因素下的表面温度变化规律。结果表明,不同钢筋直径,不同保护层厚度,不同混凝土强度的钢筋混凝土试件的表面温度增长速率都随锈蚀时间的增加而增大,即钢筋混凝土表面温度增长速率与钢筋锈蚀时间正相关;锈蚀时间越长、钢筋直径越大,混凝土表面温度增长速率越快,相反,混凝土强度越低、保护层越小,混凝土表面温度增长越快,即锈蚀时间和钢筋直径与混凝土表面温度增长速率成正比,混凝土强度和保护层厚度与混凝土表面温度增长成反比。     

锈蚀与冻融耦合作用下再生混凝土与钢筋黏结性能梁式试验研究

为了研究锈蚀与冻融循环耦合作用下再生混凝土与钢筋的黏结滑移性能,以钢筋锈蚀率及冻融循环次数为变量,对耦合作用下的钢筋再生混凝土梁试件进行试验,分析其黏结滑移特征值变化规律,并与普通混凝土梁试件进行比较。根据试验结果建立钢筋再生混凝土黏结 滑移本构关系。结果表明：各组试件均发生纵筋拔出破坏;在钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下,冻融循环较钢筋锈蚀对黏结性能的影响更大;平均黏结应力-滑移曲线可大致分为线性上升段、非线性上升段、非线性下降段及残余段;再生混凝土试件的各黏结滑移特征值的波动幅度相对于普通混凝土的较大;在钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下,再生混凝土与钢筋间的化学胶着力要优于普通混凝土;普通混凝土的起始黏结应力与极限黏结应力的比值介于0.38~0.49之间,低于再生混凝土试件,再生混凝土抗滑移性能优于普通混凝土的。建立了考虑钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下的钢筋与再生混凝土黏结滑移本构关系,可为北方地区锈蚀率小于3%的再生混凝土梁黏结性能研究提供参考。     

基于PZT波传播法的混凝土内部钢筋锈蚀监测方法

为有效监测钢筋混凝土结构内部钢筋的锈蚀,提出了基于压电陶瓷(PZT)波传播法的钢筋锈蚀监测方法.首先,基于PZT波传播法对变形钢筋进行了试验研究及数值模拟,找出了应力波在无锈蚀钢筋中的传播衰减规律;然后,设计制作了18个钢筋混凝土试件,在埋入每个试件中的钢筋表面相同位置粘贴PZT激励器/传感器;最后,对试件进行电化学快速锈蚀,并在试件锈蚀过程中,对其进行PZT测试,来追踪锈蚀对应力波传播特性的影响.结果表明:钢筋锈蚀严重影响应力波的传播衰减规律,传感器接收到的信号幅值与钢筋锈蚀率之间呈二次函数的关系.     

受腐蚀钢筋混凝土梁抗弯性能研究

通过3根未腐蚀和12根腐蚀钢筋混凝土梁的抗弯试验,研究重复荷载下钢筋腐蚀率对钢筋混凝土梁变形、裂缝、承载力及破坏机理的影响。根据实验数据得出混凝土梁承载力随钢筋腐蚀率的变化规律。同时拟合出钢筋腐蚀率对钢筋与混凝土协同工作系数的影响,提出了受腐蚀梁在重复荷载下的抗弯承载力计算公式。     

电位、电阻率与钢筋腐蚀率关系研究

半电池电位法、电阻率法都是定性地估计混凝土结构中钢筋腐蚀的状态,而不能定量检测钢筋腐蚀率.本文借助这两种方法来研究电位、电阻率与钢筋腐蚀率之间的定量关系.通过对混凝土构件进行的试验研究和分析总结,得出电位法、电阻率法新的评价方法,并在工程实践中得到验证.     

钢筋混凝土结构耐久性能极限状态的判断

控制钢筋混凝土结构耐久性能极限状态是规避工程安全适用风险的有效手段,控制钢筋混凝土结构耐久性能极限状态的关键在确定钢筋混凝土结构耐久性能极限值.通过分析钢筋锈蚀率和钢筋混凝土结构耐久性能极限状态的关系,说明由钢筋锈蚀率确定钢筋混凝土结构耐久性能极限值的可行性.