钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构固有频率和阻尼比影响的试验研究

针对钢筋锈蚀使钢筋混凝土结构的抗震性能和耐久性能退化,并且对结构动力特性产生影响的现象,采用电化学加速锈蚀方法,通过法拉第定律控制锈蚀程度,将钢筋的理论锈蚀率分为5%,10%,15%三个锈蚀阶段,在实验室中模拟了钢筋混凝土梁中钢筋的锈蚀过程。根据悬臂梁的自由振动衰减特性,采用自由衰减法采集了钢筋混凝土梁的固有频率和阻尼比,研究了钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁固有频率和阻尼比的影响。结果表明:钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁的固有频率和阻尼比有显著影响,钢筋混凝土梁的固有频率随着钢筋锈蚀程度的加深而呈减小趋势,阻尼比随着钢筋锈蚀程度的加深而呈增大趋势,因此阻尼比可以作为损伤指标用于混凝土结构腐蚀损伤检测。     

锈蚀钢筋混凝土结构的剩余使用寿命实用计算方法

针对钢筋锈蚀引起的混凝土结构性能劣化,建立了锈蚀钢筋混凝土结构剩余使用寿命的实用计算方法。极限状态定义为锈蚀结构的安全性、适用性和耐久性评定等级由等级b降为等级c的临界状态,按现有规范此时锈蚀结构必须采取修复加同处理。根据钢筋锈蚀对结构性能的影响机理,将锈蚀结构的使用寿命周期分为:钢筋未发生锈蚀的初始阶段(T_1),锈胀开裂前的锈蚀发展阶段(T_2),锈胀开裂到极限状态的加速锈蚀阶段(T_3),并建立各阶段锈蚀速率与结构性能退化模型。在此基础上进行试算,假设时间T_1,计算评定T_r时间点锈蚀结构的等级,调整T_r使某一控制指标首先达到极限状态,由此确定结构剩余使用寿命。最终通过算例验证此计算方法实际可行。     

基于钢筋锈蚀混凝土耐久性使用寿命预计的评述

建立准确有效的混凝土耐久性使用寿命预计方法是研究钢筋混凝土结构耐久性的最终目标.本文较为系统地总结和评述了近些年来基于钢筋锈蚀的混凝土耐久性使用寿命预计的研究进展,包括碳化及氯盐侵蚀下钢筋脱钝使用寿命Ti、混凝土锈胀开裂使用寿命Tc、基于锈胀裂缝宽度或钢筋锈蚀量达到限值的使用寿命Tf;并提出了其中需要进一步研究的问题,包括:给定环境和使用要求下混凝土结构耐久性失效极限状态的确定、工程应用性较强的混凝土耐久性退化规律模型的建立,以及人工气候与自然环境条件下混凝土耐久性能退化规律的相关性研究等.     

锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素,会引起结构的自振周期延长、地震需求变化及抗震能力衰减,使得锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性分析不同于未锈蚀钢筋混凝土结构。以一栋按我国规范设计的RC框架结构为研究对象,分别建立了未锈蚀和锈蚀结构的非线性有限元模型并进行了模型验证。分别采用云图法和条带法计算得到了钢筋混凝土结构在未锈蚀和锈蚀两种工况下的地震易损性曲线和函数参数,对锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析的特殊性及其对地震易损性分析结果的影响进行了分析。分析结果表明：不考虑钢筋锈蚀引起的结构自振周期延长会错误估计锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性水平。采用云图法分析锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性会出现锈蚀结构的极限状态失效概率低于未锈蚀结构的情况。而条带法比云图法可以更好地反映钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构地震易损性的影响。忽略钢筋锈蚀引起的结构抗震能力衰减会低估锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性水平,建议在锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析中采用基于Pushover的极限状态定义方法。     

Seismic fragility analysis of reinforced concrete structures considering reinforcement corrosion

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素，会引起结构的自振周期延长、地震需求变化及抗震能力衰减，使得锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性分析不同于未锈蚀钢筋混凝土结构。以一栋按我国规范设计的RC框架结构为研究对象，分别建立了未锈蚀和锈蚀结构的非线性有限元模型并进行了模型验证。分别采用云图法和条带法计算得到了钢筋混凝土结构在未锈蚀和锈蚀两种工况下的地震易损性曲线和函数参数，对锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析的特殊性及其对地震易损性分析结果的影响进行了分析。分析结果表明：不考虑钢筋锈蚀引起的结构自振周期延长会错误估计锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性水平。采用云图法分析锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性会出现锈蚀结构的极限状态失效概率低于未锈蚀结构的情况。而条带法比云图法可以更好地反映钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构地震易损性的影响。忽略钢筋锈蚀引起的结构抗震能力衰减会低估锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性水平，建议在锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析中采用基于Pushover的极限状态定义方法。     

基于锈胀开裂理论的钢筋混凝土结构正常使用耐久性评估方法研究

钢筋混凝土结构耐久性问题是一个十分重要而亟待解决的问题。对钢筋混凝土结构耐久性的研究十分必要和迫切。首先根据现有钢筋锈蚀量预测模型,以锈胀开裂时的钢筋锈蚀量为结构抗力,以钢筋锈蚀深度为荷载效应,建立钢筋混凝土构件正常使用极限状态的状态方程,由此得到钢筋混凝土结构耐久性的概率评价模型。然后结合实例对某一钢筋混凝土结构进行了耐久性及参数敏感性分析,验证方法的有效性。     

再生混凝土与锈蚀钢筋间的粘结性能试验研究

为了探究再生混凝土结构的耐久性能,对5组不同钢筋锈蚀率(0~9%)的再生混凝土梁式试件进行加载试验。分析不同钢筋锈蚀率对再生混凝土梁式试件的钢筋应变、局部粘结应力、粘结滑移和极限粘结应力的影响。结果表明:钢筋锈蚀率大于3%时试件底部开始有细微锈胀裂缝出现;锈蚀率越大,荷载作用下钢筋应变沿锚固位置的变化曲线越平缓;局部粘结应力沿锚固段呈现出双峰分布,峰值主要集中在加载端和自由端附近;加载端附近位置滑移现象最先发生,远离加载端滑移现象延后;随着钢筋锈蚀率的增大,极限粘结强度先增加后降低,极限荷载下的滑移值增大。     

锈蚀钢筋混凝土结构性能的研究现状

从锈蚀钢筋的力学性能、微观特征、粘结性能、锈蚀率对钢筋屈服强度的影响四个方面入手,分析了锈蚀钢筋混凝土结构性能的国内外研究现状,并对锈蚀钢筋混凝土结构性能进行了归纳总结,以供参考应用。     

基于变形的非均匀锈蚀钢筋混凝土柱抗震性能研究

为研究非均匀锈蚀钢筋混凝土柱的抗震性能,采用经验证的锈蚀损伤钢筋混凝土柱精细化建模方法,建立了660个非均匀锈蚀钢筋混凝土柱的有限元模型。分析了钢筋平均锈蚀率、轴压比、配箍率和非均匀锈蚀特征值对锈蚀钢筋混凝土柱抗震性能的影响。基于本文锈蚀钢筋混凝土柱极限状态的定义,以塑性转角作为变形性能指标,对数值模拟结果进行统计分析。结果表明：低锈蚀率条件下,锈蚀构件的变形性能与无损构件差别不大;随着整体锈蚀程度的增加,构件变形性能显著退化;随着非均匀锈蚀特征值的增加,构件变形能力逐渐降低;随着轴压比的增大,构件的变形能力降低;轴压比较小的构件受非均匀锈蚀特征值的影响更明显。为正确评价锈蚀钢筋混凝土柱的抗震性能,应充分考虑锈蚀的非均匀性。     

锈蚀钢筋混凝土受弯构件性能退化规律研究

对不同锈蚀程度下的试验梁进行了加载试验,并利用ABAQUS中的塑性损伤模型(Concrete DamagedPlasticity)对锈蚀试验梁进行了数值分析。结果表明,由于钢筋的锈蚀作用使钢筋混凝土梁的截面受到损伤,钢筋的有效截面减小以及钢筋和混凝土表面的粘结性能的降低造成了试验梁的极限承载能力、延性及截面刚度随锈蚀率的增加而不断下降。通过分析得到锈蚀梁极限弯矩的计算公式,可为实际工程中的结构设计及结构加固提供依据。     

确定大气环境中混凝土保护层厚度的可靠度方法

混凝土保护层厚度是大气环境中钢筋混凝土结构耐久性设计的重要参数之一。提出了确定混凝土保护层厚度的三种可靠度方法 ,着重研究了以承载能力可靠度的降低为控制条件的混凝土保护层厚度确定问题。     

氯离子侵蚀环境下基于可靠性的混凝土结构耐久寿命预测

对氯离子侵蚀作用下基于可靠性的混凝土结构耐久寿命预测进行了研究。首先,确定氯离子环境作用下对应的性能水准和结构耐久性极限状态,然后,选择氯离子侵蚀深度模型和钢筋锈胀模型,以极限状态模式建立失效概率方程,在满足规定的失效概率条件下,确定结构的耐久性寿命,并给出不同性能水准的计算实例。结果表明,基于可靠性的混凝土结构耐久寿命预测方法与工程实例调查结果相一致,该方法可以有效地用于氯离子侵蚀环境下结构耐久寿命预测。     

钢筋混凝土结构基于耐久性劣化度的可靠性分析

结构耐久性的不足将引发其性能的劣化,并导致结构可靠度的降低。根据已建立的两种劣化度模型及极限状态法,以碳化深度和锈胀开裂两种不同的耐久性劣化度为指标,提出了混凝土结构使用寿命全过程可靠度的计算方法。结合工程实例,以荷载作用下的混凝土结构在碳化环境中的劣化问题为例,构建极限状态函数,基于两种劣化度模型,对其运用可靠度理论进行分析,得到了基于耐久性劣化度的结构可靠度求算方法。研究结果表明：可靠度与结构的混凝土保护层厚度及碳化速率的统计数值或钢筋锈蚀量密切相关。计算方法可为分析在役工程的耐久性提供参考。参14     

钢筋混凝土构件中钢筋锈蚀量的无损检测方法

在钢筋混凝土结构的耐久性损伤检测中 ,钢筋混凝土构件中钢筋锈蚀量的检测是个十分重要的问题。混凝土中钢筋锈蚀的及时发现和准确诊断 ,是结构耐久性评定、剩余使用寿命预测的重要前提。本文详细介绍了钢筋混凝土构件中钢筋锈蚀量的无损检测方法 ,尤其是这些方法的优点的缺点 ,同时提出了检测方法的发展趋势 ,以供实际应用和研究参考     

大气环境条件下混凝土保护层取值的研究

混凝土中钢筋锈蚀和混凝土保护层锈胀开裂是钢筋混凝土结构使用极限状态的重要标志,是决定钢筋混凝土结构保护层厚度取值的重要条件。通过混凝土中钢筋开始锈蚀条件的研究和混凝土保护层锈胀开裂条件的研究,建立了碳化腐蚀条件下混凝土最小保护层厚度的确定方法。经过大量计算,分析了影响大气环境条件下混凝土最小保护层厚度取值的因素,给出了我国几个典型城市混凝土最小保护层厚度的分析结果。     

Current distribution in reinforced concrete cathodic protection system with conductive mortar overlay anode

The current distribution was studied in a designed three-layer reinforced concrete cathodic protection (CP) system, with carbon fibre reinforced cement (CFRC) as the conductive mortar overlay anode. The influence of steel bars’ initial corrosion state, concrete resistivity and magnitude of impressed current density on the current distribution was discussed, respectively. Testing results show that the initial corrosion rate of steel has a great effect on the protection current distribution. In addition, there exists a threshold for corrosion rate, beyond which the uniformity of protection current distribution worsens markedly. Higher concrete resistivity not only deteriorates the current distribution, but also has an adverse effect on the rebars far away from the anode. However, the magnitude of impressed current density only affects the uniformity of current distribution to some extent when the rebars are corroding. This study could be useful to the cathodic protection of reinforced concrete structures in field condition.     

氯离子环境下钢筋腐蚀速度分阶段模型

在探讨了现有钢筋腐蚀速度模型缺陷的基础上,建立了氯离子侵蚀下钢筋腐蚀速度的分阶段预测模型。该模型针对锈蚀开裂前后混凝土对钢筋保护作用的不同,分阶段地建立了锈蚀开裂前后的钢筋腐蚀速度随机模型。该模型的建立对于正确预测和分析氯离子侵蚀环境下钢筋混凝土结构的可靠性和剩余寿命奠定了理论基础。     

在役钢筋混凝土受弯构件承载力评估方法

在分析钢筋锈蚀造成钢筋混凝土构件力学性能退化的基础上,根据钢筋混凝土构件碳化锈蚀规律及混凝土保护层锈胀裂缝宽度与钢筋锈蚀深度的关系,提出了保护层锈胀开裂前和锈胀开裂后钢筋混凝土受弯构件承载力评估方法,可为在役钢筋混凝土结构耐久性评估及修复决策提供理论依据。     

Corrosion propagation of prestressing steel strands in concrete subject to chloride attack

A review of research literature suggests that steel corrosion in concrete can accelerate if the corroding steel is under high levels of stress but this important phenomenon has not been investigated thoroughly. Both laboratory tests and field surveys indicate that the effects of corrosion on structural behaviour in reinforced and prestressed concrete structures are different, with the latter having less concrete cracking but more serious structural collapses. The intention of this paper is to investigate the corrosion propagation of prestressing steel strands in chloride-laden environment. A long term experimental program is presented in which the corrosion of twelve prestressing steel strands embedded in concrete was examined. The effects of the level of stresses in the steel and type of steels on corrosion rate are studied. It is found that the corrosion rate of prestressing steel strands in concrete increases with the increase of the level of stresses applied and that the pitting corrosion is the main form of prestressing steel corrosion in chloride-laden environment. The paper concludes that the corrosion of prestressing steel in concrete structures poses higher risk to the structure than that of reinforcing steel in terms of structural collapse.     

钢筋混凝土梁板安全锈蚀率限值探究

综合分析了锈蚀钢筋混凝土梁板性能研究成果,提出了钢筋混凝土安全锈蚀率的概念,指出钢筋混凝土楼板的"安全锈蚀率限值"为10%,钢筋混凝土梁的"安全锈蚀率限值"为5%;比较了锈蚀率对钢筋混凝土楼板及钢筋混凝土梁性能的影响,发现钢筋混凝土梁对钢筋锈蚀率更加敏感;提出把锈蚀钢筋混凝土梁板性能研究成果与工程检测加固相结合,可以避免工程检测中不必要的载荷实验,具有一定的经济效益。