在役钢筋混凝土双筋截面梁承载力研究

钢筋混凝土梁中钢筋锈蚀易造成结构性能退化进而影响到结构的承载力,箍筋和受压(拉)区纵向钢筋锈蚀,都可能导致受弯构件破坏形态的改变,随着钢筋锈蚀的发展,构件抗弯与抗剪承载能力明显减小.对引起锈蚀梁承载力退化的因素及机理进行了分析,综合考虑钢筋锈蚀程度和截面配筋指标的影响,提出了概念明确、适用性广的锈蚀钢筋混凝土梁承载力计算方法.     

锈蚀钢筋混凝土梁截面协同工作系数研究

本文将锈蚀钢筋混凝土梁视为由锈蚀钢筋和混凝土组成的组合梁,以锈蚀钢筋与混凝土之间的变形协调条件为依据,引入反映锈蚀钢筋混凝土力学性能的本构关系和锈蚀钢筋和混凝土之间的黏结-滑移本构关系,推导出以纵向受拉钢筋拉力表达的锈蚀梁非线性微分方程。通过求解该微分方程,给出了考虑黏结滑移的锈蚀梁非线性解析解和截面协同工作系数理论表达式,使锈蚀钢筋黏结强度降低系数与截面协同工作系数之间得到了统一。文中还对影响截面协同工作系数的因素,即锈蚀量特征值、荷载作用形式及截面位置进行了讨论,并与试验归纳总结的截面协同工作系数进行了比较分析,说明了该理论表达式的合理性。     

钢筋锈蚀率的概率模型及时变可靠度分析

氯离子引起的钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土结构性能劣化的主要原因,因此有必要对钢筋锈蚀率的计算进行详细研究。考虑钢筋锈蚀过程中各影响因素的不确定性,将钢筋初锈时间和保护层开裂时间作为随机变量,首先分3种情况建立钢筋锈蚀率的计算模型;然后通过Monte Carlo模拟对锈蚀率进行概率分析,确定锈蚀率的概率分布类型和统计参数,最后根据收集的试验数据建立钢筋混凝土受弯构件剩余承载力与钢筋锈蚀率的关系,对受腐钢筋混凝土受弯构件进行时变可靠度分析。研究表明:钢筋锈蚀率服从正态-正态双峰分布;暴露时间越长,钢筋未锈蚀和混凝土保护层未开裂的概率越小;构件可靠度随时间的增加明显降低。     

考虑钢筋锈蚀的混凝土材料劣化仿真

水工混凝土工程长期处于复杂的工作环境中,在各类因素的综合影响下其钢筋材料极易出现锈蚀现象,导致钢筋混凝土材料整体力学性能劣化,是影响水工混凝土结构耐久性失效的重要原因。为此,在已有钢筋混凝土分离式模型和混凝土损伤模型的基础上,进一步考虑钢筋锈蚀对材料力学性能的影响,通过算例分析了钢筋锈蚀后的锈胀作用以及对混凝土受弯构件抗弯性能的影响,得到了锈胀作用下混凝土保护层的损伤破坏模式以及梁抗弯能力将随着锈蚀率增大而降低的客观规律,能够为后续研究水工混凝土结构处于钢筋锈蚀后的结构安全问题提供理论基础。     

负载锈蚀钢筋混凝土梁变形 性能试验研究

通过对不同负荷条件下锈蚀梁的承载力试验,探讨了持荷大小与试件内钢筋锈蚀程度间的关系,分析了钢筋锈蚀率大小对混凝土梁变形性能的影响规律。研究结果表明：负载作用对钢筋锈蚀有促进作用;混凝土强度的后期增长能有效地弥补锈蚀对梁变形造成的不利影响;混凝土强度相近时,随钢筋锈蚀程度增加,锈蚀梁跨中挠度增大,挠度计算时应考虑粘结性能退化引起的抗弯刚度降低的影响。     

钢筋砼矩形截面构件的截面延性分析

本文根据钢筋砼构件受压砼和受拉钢筋的实际受力情况,采用相应的基本假定,对截面延性进行了分析,并推导了较为精确的矩形截面构件截面延性系数的计算公式。     

钢筋混凝土结构内的钢筋腐蚀监测

用钢筋混凝土修建的建筑物和构筑物，因受外界因素的影响，其内部钢筋可能会受到腐蚀而生锈，锈蚀严重者将危及安全。根据钢筋在混凝土内的锈蚀是一个电化学过程的特点，在不损伤钢筋混凝土结构的条件下，利用腐蚀监测仪，测量钢筋混凝的电化学特性值，并以此特性值绘制等值线图，利用该图能正确评估混凝土内钢筋受腐蚀的情况。     

青海盐沼泽环境下混凝土现场腐蚀试验

为探明青海地区盐沼泽环境下混凝土的腐蚀情况，在该地区展开现场腐蚀试验，考虑混凝土不同埋置工况，观察其微观结构，并结合混凝土质量损失、抗侵蚀系数变化以及钢筋锈蚀率变化评价混凝土耐久性。试验结果表明：混凝土质量变化不能作为评价指标来描述混凝土的损伤破坏；对于放置在地面和埋置在水中的混凝土，当混凝土内掺有水泥基时，其抗侵蚀系数最高，而在埋深1.25 m工况下掺有粉煤灰-硅灰的混凝土抗侵蚀能力最强；混凝土的劣化是膨胀力、冻结应力、结晶应力等多重因素共同作用下的结果；放置在地面的混凝土锈蚀率最高，尤其是单掺水泥基的钢筋混凝土锈蚀率最高，而复掺粉煤灰-水泥基的混凝土锈蚀率最低。     

钢/BFRP混杂配筋混凝土梁受弯性能试验研究

纤维增强复合(FRP)筋已成为混凝土结构中替代钢筋的一种实用建筑材料。然而,FRP筋的脆性大大降低了纯FRP筋增强混凝土梁的延性。为了提高FRP筋增强混凝土梁的抗弯延性,同时保留其高强度的特性,在混凝土结构中将钢筋与FRP筋混合使用,组成钢/FRP混杂配筋混凝土梁。为了研究不同配筋率的混杂配筋梁的受弯性能,文章制作并测试了3种配筋形式的混凝土梁,包括1根普通钢筋混凝土梁。1根玄武岩纤维复合(Basalt fiber-reinforced polymer,BFRP)筋增强混凝土梁和3根钢筋与BFRP筋混杂配筋梁,并对其受弯性能进行试验研究。研究的主要参数为配筋率和BFRP与钢筋的面积比。试验结果表明:钢/BFRP混杂配筋混凝土梁在极限承载力和耐久性等方面要优于普通钢筋混凝土梁;与纯FRP筋增强混凝土梁相比,钢/BFRP混杂配筋混凝土梁具有更高的延性和更好的使用性能。钢筋的加入可以提高钢/BFRP混杂配筋混凝土梁的抗弯延性。     

有效受拉混凝土截面面积的试验研究

为了研究在受拉状态下钢筋混凝土构件出现裂缝时,钢筋对周围混凝土的约束范围,设计了一系列截面尺寸从小到大的正方形构件,通过钢筋混凝土构件的轴心受拉试验,试验结果表明,当轴心受拉构件尺寸足够大时,混凝土有效受拉截面是直径为7d（d为钢筋直径）的圆形区域。     

基于断裂力学的钢筋混凝土保护层锈胀开裂模型

本文基于钢筋均匀锈蚀时混凝土的开裂试验现象建立了混凝土保护层开裂的计算模型,考虑了混凝土和钢筋的实际变形情况以及混凝土界面中的原始裂纹与缺陷,裂纹在钢筋锈蚀膨胀作用下的起裂、扩展情况,利用断裂力学和弹性力学得到了混凝土保护层开裂时钢筋的膨胀力和均匀锈蚀率的理论预测模型.分析了影响钢筋锈胀开裂的诸多因素,认为混凝土保护层厚度的增加、混凝土材料界面相的加强、混凝土断裂韧度的提高和钢筋直径的变小都有利于钢筋混凝土结构耐久性的提升.理论模型计算结果与试验数据的对比表明,本文模型可用于混凝土亮中钢筋锈蚀胀裂的预测.     

双向应力加载条件下钢筋锈蚀致混凝土破坏应力分析

研究了双向应力加载条件下钢筋锈蚀膨胀致混凝土破坏机理.根据Muskhelishvili复势理论的级数展开技术,构造了合适的各区复应力函数;然后,利用边界上位移、力的连续性条件和远场的性态,通过等式两边同次幂指数的系数比较,将问题转化为线性方程组的求解;结合叠加原理,获得混凝土在此情况下环向应力的解析解答.进一步的利用电化学中的法拉第定律,得到了双向加载条件下,钢筋锈蚀致混凝土起裂的时间的表达式.分析表明,远场加载方式的不同,可以加速或减缓裂纹的萌生;铁锈的出现可改变裂纹发生的方位;钢筋和混凝土剪切模量之比对于裂纹萌生的影响不大;钢筋相对锈蚀深度越大,越容易出现裂纹.     

超高韧性水泥基复合材料与锈蚀钢筋的梁式黏结试验研究

采用超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)能够有效提升水工结构构件的抗氯盐侵蚀能力。然而,在长期氯盐环境侵蚀作用下,结构内部钢筋仍然可能遭受一定程度锈蚀,进而可能影响钢筋与基体材料的黏结性能。本文通过梁式界面黏结试验,对比研究锈蚀对钢筋与UHTCC、混凝土间界面黏结性能的影响。试验结果表明,与混凝土对比试件不同,UHTCC试件均呈现出延性的拔出破坏模式,以及完整的黏结滑移全曲线。在试验的锈蚀范围内,UHTCC试件并未发生锈胀开裂,而且UHTCC中的钢筋锈蚀较混凝土中更为均匀。UHTCC试件的黏结强度随锈蚀率先增大后降低,在14%锈蚀范围内黏结强度基本没有下降,锈蚀率约16%时强度仅下降5%。在16%锈蚀范围内,UHTCC试件的黏结韧性下降仅为5%。     

氯盐环境下混凝土中锈蚀钢筋力学性能研究

基于试验、仿真及理论分析,探讨了氯盐环境下混凝土中锈蚀钢筋力学性能的退化规律及其影响机理。采用干湿循环法对钢筋混凝土试件进行了长达两年的锈蚀试验,对214根锈蚀钢筋进行机械拉伸试验。结果表明:当锈蚀程度较轻时,钢筋名义强度随锈蚀率增加呈线性下降;当锈蚀率较大时,钢筋名义、等效强度及延性均随其增加而下降;钢筋力与变形关系曲线中的屈服平台随锈蚀不均匀性增大逐渐缩短甚至消失;钢筋断裂形态与局部锈蚀特征相关,可分为三种类型;同等条件下细直径钢筋的力学性能对锈蚀更敏感。就试验现象进行理论和仿真分析表明:钢筋的实际抗拉强度在锈蚀前后并不降低;名义强度的降低,主要是由于锈损引起钢筋横截面积减小导致抗力减小而造成的;锈蚀引起的截面积减小、缺口效应及附加偏心作用是导致钢筋伸长率减小的主要原因;附加弯矩作用是导致钢筋力与变形关系曲线中屈服平台缩短、消失的主要原因。     

型钢超高强混凝土框架不同剪跨比抗震性能试验研究

为了研究型钢超高强混凝土框架的抗震性能及剪跨比对整体结构的影响,共进行了2榀单层单跨框架结构抗震性能试验对比分析,研究的主要目的是验证不同剪跨比型钢超高强混凝土框架结构的抗震性能。并且通过试验得到不同剪跨比下的破坏形态、P －Δ滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、强度退化、刚度退化、耗能能力。结果表明：剪跨比2的框架结构柱的破坏现象严重,其强度,刚度退化快,能量耗散能力低。     

湿热环境对BFRP筋拉伸性能的影响

在海洋工程中,海水中Cl-、SO42-和Mg2+会侵蚀进入钢筋混凝土内部,造成混凝土的膨胀破坏,严重影响混凝土结构的耐久性.BFRP筋具有优良的耐腐蚀性能,可以避免钢筋锈蚀带来的耐久性问题,因而在海工混凝土领域具有广阔的应用前景.该文研究了湿热环境下BFRP筋的吸水性能,并探讨了BFRP筋在蒸馏水、碱溶液和海水中浸泡不同龄期的拉伸性能变化规律.试验结果表明:湿热环境下,BFRP筋在蒸馏水和碱溶液中的吸水过程分为两个阶段,浸泡早期BFRP筋的吸水速率快速增加,后期吸水速率减慢.在蒸馏水、碱溶液和海水中浸泡,BFRP筋的拉伸性能随浸泡温度和浸泡龄期的增长而逐步下降,且随着温度的提高,下降幅度较大.在海水浪溅区暴露半年之后,BFRP筋的拉伸性能基本保持不变.     

氯盐环境下混凝土中锈蚀钢筋力学性能研究

基于试验、仿真及理论分析探讨了氯盐环境下混凝土中锈蚀钢筋的力学性能退化规律及其影响机理。通过对取自历时两年干湿循环混凝土试件中的214根锈蚀钢筋进行拉伸试验表明：当锈蚀率较小时，钢筋名义强度随之增加近乎线性下降；当锈蚀率较大时，钢筋名义、等效强度及延性均随之增加而下降；钢筋的屈服平台随锈蚀不均匀性增大逐渐缩短甚至消失；钢筋断裂形态随局部锈蚀特征变化；同等条件下细直径钢筋力学性能对锈蚀更敏感。就试验现象进行理论和仿真分析表明：钢筋的实际抗拉强度在锈蚀前后并无显著变化；钢筋名义强度的降低，主要是由于锈损引起横截面积减小导致抗力减小而造成的；锈蚀引起的钢筋面积减小、缺口效应及附加偏心作用是导致其伸长率减小的主要原因；附加弯矩作用是钢筋力与变形关系曲线中屈服平台缩短、消失的主要原因。