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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

钢筋混凝土构件的非均匀锈胀分析

借鉴均匀锈胀开裂三阶段理论(铁锈自由膨胀、混凝土保护层承受拉应力、混凝土保护层锈胀开裂),结合钢筋锈蚀形态,描述了钢筋非均匀锈蚀引起混凝土保护层开裂的整个过程。并以此为基础,建立了锈胀开裂时刻的钢筋最大锈蚀深度计算模型。两种不同锈蚀形态(均匀和非均匀)下钢筋锈蚀量的参数敏感性分析结果表明:两者主要参数的影响规律相似,钢筋锈蚀量均与混凝土保护层厚度、混凝土强度等级呈正相关关系,与钢筋直径、铁锈体积膨胀率呈负相关关系;非均匀锈蚀与均匀锈蚀的钢筋锈蚀量相比,钢筋锈蚀率较小,而钢筋最大锈蚀深度较大。     

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.     

箍筋对主筋保护层锈胀开裂的影响-模型与试验

基于弹性力学知识,建立了均匀锈胀三层空心圆柱模型。提出了由钢筋锈蚀导致的混凝土表面胀裂时刻的钢筋锈胀力、锈层厚度及锈蚀率计算公式。探讨了箍筋间距及其截面积对混凝土保护层开裂时刻锈胀力的影响。通过已有的试验数据对计算模型进行了验证,结果表明理论模型计算结果与试验结果能够较好的吻合。     

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。     

钢筋混凝土受弯构件受压区钢筋锈蚀影响的试验研究

通过对钢筋混凝土受弯构件受压区钢筋锈蚀过程中构件性能进行的试验研究,试验结果表明,受弯构件受压区的钢筋锈蚀后,对构件性能的影响主要是使截面刚度下降,且主要集中在钢筋开始锈蚀到受压区混凝土发生纵向开裂的时间内,其下降的量值受梁上作用荷载大小的影响,试验中未发现因受压区钢筋锈蚀而破坏的现象。     

钢筋锈蚀槽板试验研究

根据对 3块钢筋锈蚀槽板的荷载试验结果 ,探讨了钢筋锈蚀混凝土保护层脱落后的槽板承载力及破坏形态。试验表明 :因钢筋锈蚀 ,纵向混凝土保护层完全脱落后 ,槽板的极限承载力下降 14 %～ 2 5 % ,破坏形式为锚固失效     

受压区钢筋锈蚀对混凝土构件承载力影响的研究

从受压钢筋锈蚀引起混凝土抗压强度下降的角度,研究了受压区钢筋锈蚀的混凝土构件的受弯承载力,提出了受压区钢筋锈蚀的混凝土构件承载力的计算模型和计算方法。理论分析计算表明,受压区钢筋锈蚀对混凝土构件性能的影响在锈蚀开裂前较为明显,锈蚀开裂后影响不大。提出的受压区钢筋锈蚀开裂前后的承载力计算模型,可为锈蚀钢筋混凝土构件承载力可靠性分析提供理论基础。     

荷载作用下高强混凝土的硫酸盐侵蚀

对高强混凝土（ＨＳＣ）和钢纤维高强混凝土（ＳＦＲＨＳＣ）在荷载和硫酸盐侵蚀双因素作用下的性能变化规律进行了实验研究，实验中对试件施加相当于其破坏强度０％、１０％、２５％、５０％的应力，浸泡于５０％的硫酸盐溶液中，经过１２０ｄ的侵蚀，结果表明，在硫酸盐作用下，混凝土性能下降速度很快，荷载的作用使得硫酸盐侵蚀有加剧的趋势。而同一水平的荷载单独作用时，对混凝土性能影响不大。钢纤维对双因素损伤有一定的抑制作用。     

混凝土保护层对钢筋腐蚀机理及腐蚀速率的影响

混凝土保护层的厚度、电阻率和孔隙水饱和度对混凝土中钢筋的腐蚀机理及腐蚀速率具有重要影响。基于混凝土中钢筋宏电池腐蚀模型,定量分析了混凝土保护层的厚度、电阻率和孔隙水饱和度对钢筋腐蚀机理及腐蚀速率的影响。分析结果表明,混凝土保护层的电阻率和孔隙水饱和度对钢筋腐蚀的控制方式及腐蚀速率影响显著:当钢筋腐蚀受电阻控制时,钢筋腐蚀速率将随着混凝土保护层电阻率的增加而减小,随保护层厚度的增大而增大,但不受混凝土孔隙水饱和度的影响;当钢筋腐蚀受阴极控制时,钢筋腐蚀速率将随着混凝土保护层的孔隙水饱和度和厚度的增大而降低,但不受混凝土电阻率的影响。     

提高钢筋强度及推广应用新Ⅲ级钢筋的分析

长期以来 ,我国使用的钢筋强度较低 ,不能适应现代土木工程发展的需要。提高强度是钢筋的一个重要发展方向。 40 0MPa热轧带肋钢筋 (俗称新Ⅲ级钢筋 )具有强度高、延性好、焊接性能良好等优点 ,同时还可改善混凝土结构的抗震性能 ,是一种理想的新型高效钢筋。通过对比几种常用钢筋的性能和价格 ,分析其技术经济效益 ,建议采用强度较高的钢筋 ,大力推广应用新Ⅲ级钢筋 ,促进建筑业的技术进步和可持续发展。     

稻壳灰对高强超高强混凝土钢筋粘结强度的影响

对掺有稻壳灰和硅灰、强度在 3 0～ 10 0MPa的混凝土 -钢筋粘结强度进行了试验 ,分析讨论了稻壳灰等高硅火山灰材料对混凝土 -钢筋粘结强度的影响。研究结果表明 ,高硅掺合料是一个独立于混凝土强度之外、对钢筋粘结强度有重要影响的因素 ,掺加高硅掺合料比提高混凝土强度能更有效地提高钢筋粘结强度。建议在计算钢筋锚固长度时应该考虑高硅掺合料这一因素     

混凝土结构中钢筋均匀锈蚀试验研究

本文通过外加电流阳极极化法试验来研究混凝土结构中钢筋锈蚀产生的顺筋裂缝问题 ,探讨钢筋的腐蚀率、混凝土质量、保护层厚度以及钢筋在混凝土中的位置等因素对于顺筋裂缝的产生和发展所起作用 ;随后在大量试验数据和已有工程调查的基础上总结出钢筋直径损失的分阶段预测公式。     

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。     

新型玻璃纤维增强塑料砂浆锚杆的黏结性能试验研究

锚杆广泛应用于隧道、边坡、地下硐室开挖及支护工程中。通过锚杆的支护加固，岩土体的强度和稳定性能够得到显著的改善和提高。传统的钢锚杆在不良地质条件下存在锈蚀严重的缺点，给支护结构的安全性和耐久性带来严重威胁。玻璃纤维增强塑料具有轻质、高强、耐腐蚀等优良特性，是代替钢筋制作锚杆的理想材料之一。在经典拉伸试验模型的基础上，结合锚杆本身的受力特性，建立一种改进的拉伸试验模型，并且根据此试验模型，对直径分别为10，13，16mm的表面经过喷砂和缠绕纤维束处理的玻璃纤维增强塑料锚杆，以及直径为25mm的螺纹钢进行拉伸试验，试样的总数量为24组。试验采用强度等级为C60的混凝土模拟岩体，并采用强度等级分别为41．5，55．5MPa的砂浆作为锚固剂。在试验结果基础上，对玻璃纤维增强塑料锚杆的拉拔破坏模式、临界黏结长度、拉拔承载力、平均黏结强度以及与钢锚杆拉拔性能的比较进行研究讨论，对砂浆锚固玻璃纤维增强塑料锚杆的黏结性能进行系统全面的分析评价，为推广玻璃纤维增强塑料锚杆的工程应用、相关规范的制定，以及进一步研究工作提供一定数据储备和理论支持。