钢筋混凝土结构开裂时刻的钢筋锈胀力模型

用快速锈蚀实验的方法研究了混凝土试件在出现顺筋裂缝时刻的钢筋锈蚀率与钢筋直径、混凝土等级与保护层厚度之间的定量关系,并通过有限元分析计算得到了锈胀裂缝扩展到保护层表面时的钢胀力,提出了混凝土保护层胀裂时刻的钢筋锈胀力的力学模型,这将对钢筋混凝土结构的耐久性分析与设计是大有裨益的。     

钢筋混凝土锈胀参数构件计算模型建立与应用

在对混凝土锈胀开裂破坏过程进行阶段划分的基础上,从锈蚀参数概念出发,利用变形协调原理导出了锈蚀物填充范围、锈蚀钢筋直径膨胀增量、锈胀作用临界锈蚀率、铁锈物膨胀系数、混凝土开口空隙率及锈蚀钢筋初始直径等各参数之间的关系,建立了计算锈蚀自由膨胀阶段铁锈物质渗入混凝土层的填充范围相对值的数学模型,并推导了锈胀连续作用阶段计算锈胀主压应力的理论模型.利用室内锈胀试验成果与锈胀二维数值模拟结果进行对比的方法,验证了所建立理论模型的可靠性与适用性.模型将为混凝土耐久性设计及寿命评估提供理论参考.     

基于热力耦合的钢筋混凝土锈胀开裂分析

为对锈蚀钢筋混凝土构件开裂问题进行分析,鉴于氯离子扩散控制方程与瞬态热传导控制方程的相似性,根据传统的Fick定律和已有的氯盐环境下钢筋非均匀锈胀模型以及热弹性力学理论,提出钢筋混凝土锈胀开裂模拟的热力耦合方法.对氯离子的扩散采用瞬态热传导方法进行分析模拟,提取各时间步钢筋单元表面的氯离子质量浓度即温度作为混凝土的温度荷载,引入钢筋锈胀的时变等效温度膨胀系数,采用升温膨胀对钢筋的锈胀以及由此引起的混凝土开裂过程进行有限元分析.数值算例表明,该方法可以有效地模拟和分析钢筋的非均匀锈胀和混凝土的裂缝扩展行为.     

钢筋混凝土锈胀开裂临界锈蚀率模型研究

基于弹塑性理论，在考虑了钢筋直径、保护层厚度、钢筋间距、混凝土材料性能的基础上，提出钢筋的锈胀填充膨胀率参数，建立了钢筋混凝土保护层锈胀开裂的临界锈蚀率模型，并研究了各因素对模型影响的敏感性。所建模型通过试验数据得到了验证，钢筋的锈胀填充膨胀率n=1．2。     

混凝土锈胀时刻钢筋锈蚀率的数值分析方法

基于通用有限元大型程序建立非线性有限元模型,对混凝土构件受钢筋锈胀力作用的情况进行模拟,并在此基础上提出了基于有限元数值分析的混凝土锈胀时刻钢筋锈蚀率的计算方法.对受均匀钢筋锈胀力的混凝土构件进行了数值分析计算,包括混凝土构件角部钢筋锈蚀和中部钢筋锈蚀的情况;基于已有的非均匀钢筋锈蚀模型,对于工程实际情况中更为常见的非均匀钢筋锈胀情况,进行混凝土构件角部和中部钢筋锈蚀的数值模拟;在以往钢筋锈蚀分布情况理论分析结果的基础上,结合锈胀力数值分析的结果,提出了混凝土保护层胀裂时刻非均匀钢筋锈蚀率的计算方法,并给出了计算实例,说明该方法在混凝土结构环境条件和侵蚀状况已知的情况下,可估算混凝土保护层胀裂时刻的钢筋锈蚀率.     

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.     

钢筋非均匀锈胀力的理论分析

目前大多学者在采用弹性力学或有限元等方法研究钢筋锈胀现象时,均将其视为均匀锈蚀,然而这样并不能揭示锈蚀物产生、发展的机理,为此应用弹性力学理论建立了钢筋非均匀锈胀力的分布模型.该模型仍存在着误差,文章从锈蚀物物理参数的取值等方面论述了产生误差的原因,且提出了对理论公式的修正意见.     

钢筋混凝土锈胀效应的模拟实验研究

通过油压模拟钢筋锈胀力实验,得到了当混凝土表面产生顺筋裂缝时所对应的油压值.由于采用的实验模型与实际钢筋非均匀锈胀效应具有一定的相似性,因此所得到的油压值能够近似地反映出实际的钢筋锈胀力.在混凝土表面所产生的顺筋裂缝证明了锈胀裂缝最终是在混凝土保护层的正上方.     

锚固区锈胀开裂钢筋混凝土梁锚固可靠度分析

为研究锚固区混凝土锈胀开裂后构件的锚固可靠度的变化,采用一次二阶矩方法分析锈胀裂缝的长度及宽度、保护层厚度、钢筋锚固长度以及配箍率等参数对锚固可靠度的影响.结果表明,当保护层刚开裂时,锈胀裂缝长度对锚固可靠指标β0的影响很小,此后,随着裂缝宽度的增加,β0有明显的降低;保护层厚度和锚固长度的变化对β0有相当大的影响;改变箍筋的直径或间距对锚固抗力的影响很小,β0变化的幅度也很小.     

混凝土结构锈胀开裂预测的路径概率模型

针对氯盐环境下服役混凝土结构钢筋锈蚀、锈蚀程度不易检测及混凝土锈致开裂的现状,基于混凝土锈胀开裂过程的随机性,提出一种预测钢筋锈蚀、混凝土锈胀裂缝开展时变特性的概率模型,并编制了计算程序.该模型可以模拟混凝土中钢筋锈胀开裂发展进程的路径,有效评估氯盐侵蚀环境下混凝土结构中钢筋锈蚀状况和锈胀裂缝宽度不同时段的概率分布,同时能估计构件钢筋样本锈蚀百分比.通过对濒海环境下某混凝土桥下部结构的耐久性评估,验证了该模型的准确性.该模型实现了对服役混凝土结构耐久性能的有效预测,评估结果可为工程维修和加固提供理论依据.     

氯盐与硫酸盐复合侵蚀下钢筋混凝土锈裂行为

为评估海洋、盐湖等环境中钢筋混凝土结构耐久性,通过试验与理论相结合探究氯盐与硫酸盐复合侵蚀下钢筋混凝土锈裂特性。通电腐蚀5%(质量分数)NaCl、5%NaCl+5%Na₂SO₄溶液中钢筋混凝土试件,对比分析混凝土表观形貌、钢筋锈蚀特征。设计伴随的混凝土腐蚀试验,类比保护层腐蚀劣化,分析混凝土力学性能。结果表明：硫酸盐的存在改变胀裂前混凝土形貌,使得单一氯盐侵蚀下的“白须”消失,表面粉化并出现盐结晶,延长胀裂时间;复合侵蚀下钢筋锈蚀率低于单一氯盐侵蚀,二者均显著低于法拉第定律理论值;锈胀裂缝宽度与钢筋锈蚀率线性相关,硫酸盐的存在增大裂缝随钢筋锈蚀发展的速率;通电环境中,受腐蚀混凝土的抗压强度先升高后降低,劈裂抗拉强度不断降低。提出受腐蚀混凝土的抗拉强度演化经验公式。在经典锈胀模型的基础上考虑锈蚀产物对裂缝的填充作用,并将硫酸盐的影响考虑至混凝土抗拉强度、钢筋腐蚀电流密度中,建立复合侵蚀下钢筋混凝土胀裂时间预测模型,并验证了模型的有效性。     

Analytic model of non-uniform corrosion induced cracking of reinforced concrete structure

In order to perfectly reflect the dynamic corrosion of reinforced concrete (RC) cover in practical engineering,an analytic model of non-uniform corrosion induced cracking was presented based on the elastic-plastic fracture mechanics theory.Comparisons with the published experimental data show that the predictions given by the present model are in good agreement with the results both for natural exposed experiments and short-time indoor tests (the best difference is about 2.7%).Also it obviously provides muc...     

基础混凝土构件腐蚀损伤研究

基于部分地下水和场地土环境（岩土环境）下基础钢筋混凝土构件的检测数据,分析了在役基础混凝土结构的腐蚀损伤特征,以及抗压耐腐蚀系数与碳化深度随其服役时间的变化特征。结果表明：岩土环境对基础混凝土结构的腐蚀损伤作用是普遍存在的,且腐蚀损伤进程与岩土环境的类型、介质因素密切相关;大多数基础混凝土的抗压耐腐蚀系数随其服役时间的增长而减小,碳化深度随其服役时间的增长而增大。     

钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂细观数值研究

混凝土保护层锈裂严重影响钢筋混凝土结构的耐久性。为了研究混凝土保护层的锈裂行为,考虑到混凝土细观结构的非均质性以及钢筋锈蚀的非均匀性,将完好混凝土视为由骨料、砂浆和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了细观随机骨料模型。在模型中,钢筋的非均匀锈蚀行为以施加非均匀径向位移的方式模拟,骨料的力学行为假定为弹性,砂浆和界面过渡区的力学特性采用塑性损伤模型来描述。在此基础上进行了中部钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂行为的细观数值模拟;分析结果与已有文献中的试验结果吻合良好。另外,对比了均质模型和非均质模型中钢筋均匀锈蚀和非均匀锈蚀导致的保护层开裂模式;并探讨分析了保护层厚度和钢筋直径对保护层开裂模式、钢筋锈胀压力及保护层开裂时钢筋锈蚀率的影响。     

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。     

Relativity between corrosion—induced stress and stress corrosion cracking of brass in an ammonia solution

The susceptibility to stress corrosion cracking (SCC) of brass in an ammonia solution with various pH values or under various applied potentials was measured at slow strain rate tests. The additive stress in the same solution was measured using two methods. The results indicate that the variation of the susceptibility to SCC with pH value or with potential is in an excellent agreement with the corrosion (passive film or dezincification layer)-induced stress. When pH≥7, the corrosion-induced tensile stress andthe susceptibility to SCC have maximum values and hardly change with increasing the pH value. However, when pH < 7, both the corrosion-induced tensile stress and the susceptibility to SCC reduce rapidly with decreasing the pH value. Both the corrosion-induced tensile stress and the susceptibility to SCC have maximum values at the open-circuit potential, decrease slightly under the anodic polarization, and reduce gradually to zero under the cathodic polarization.     

钢筋钢纤维混凝土梁正截面抗裂计算方法

根据试验结果 ,分析了钢纤维含量特征值和钢纤维类型等因素对钢筋钢纤维混凝土梁正截面抗裂的影响规律 ,研究了钢纤维对混凝土抗拉强度的增强效应与钢纤维对梁正截面抗裂度的增强效应之间的一致性关系 .提出了钢筋钢纤维混凝土梁正截面抗裂计算的方法     

钢筋混凝土梁电化学锈蚀及受弯承载力试验研究

设计电化学加速锈蚀试验,对钢筋混凝土梁进行加速退化,并对混凝土梁中钢筋锈蚀程度进行宏观、定量评定. 通过对试验梁锈蚀后的加载试验,研究了钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁受弯承载力的影响. 试验结果表明:钢筋锈蚀对于钢筋混凝土梁的破坏形式和受弯承载能力有影响;严重的钢筋锈蚀对梁的刚度有明显的影响;钢筋对弯曲裂缝开展的抑制作用随着锈蚀程度的加深而降低.     

GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁开裂性能试验

为了研究GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的开裂性能,设计了5根GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁试件,并对混凝土梁试件进行三分点静载试验研究,试验变量为混凝土梁截面尺寸和混凝土保护层厚度.在系统分析试验数据的基础上,提出GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁抗裂承载力与最大裂缝宽度的计算方法,并给出使用荷载作用下的裂缝宽度限值.