既有钢筋混凝土码头保护层锈胀开裂计算时长对比

为评估北部湾某在役混凝土码头的耐久性状态,预测其剩余使用寿命.本文基于现场检测结果,通过确定性预测模型和随机性预测模型,对比分析了该混凝土码头的保护层锈胀开裂时长.结果表明,在确定性预测模型中,根据列举的8种模型计算得到保护层锈胀开裂时长为2.09~22.77 a.对于较为恶劣的氯离子侵蚀环境,学者和工程师给出的经验值2~5 a是合理的.在随机性预测模型中,本文考虑了裂缝宽度限值的随机性以及腐蚀速率时变特性,计算得到保护层锈胀开裂时长约为12.7 a,该值与确定性模型的计算结果相吻合.裂缝宽度限值和腐蚀速率对保护层锈胀开裂时长的预测有着显著影响.当腐蚀速率从0.5μA/cm2上升到1.0μA/cm2时,保护层锈胀开裂时长减少了14.75%;而当裂缝宽度限值从0.15 mm增加到0.5 mm时,保护层锈胀开裂时长则增加了39.13%.研究显示被检测混凝土码头能很好地满足设计使用年限要求.     

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。     

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.     

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.     

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.     

钢筋混凝土结构基于锈胀开裂寿命准则的耐久性设计方法

在混凝土结构耐久性的研究中,锈胀开裂寿命是以混凝土表面出现顺筋的锈胀裂缝所需时间作为结构的使用寿命.根据理论与经验相结合的描述碳化与锈蚀发展的数学模型,选择混凝土保护层厚度与混凝土立方体抗压强度作为耐久性设计参数,建立了基于锈胀开裂寿命准则的耐久性概率极限状态设计方法,给出了该极限状态的目标可靠指标、设计表达式与分项系数.设计时将混凝土保护层厚度与混凝土立方体抗压强度的均值与对应的分项系数代入设计表达式验算满足后,即可在一定可靠度水准上得到耐久性设计参数的取值,通过算例说明了设计过程.     

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.     

钢筋混凝土构件锈蚀开裂与锈胀力分析

为合理确定锈胀力大小及其变化规律,研究混凝土保护层在锈胀作用下的开裂过程,提高混凝土结构使用寿命. 在考虑混凝土材料受拉软化和损伤效应的基础上,通过改变保护层厚度、钢筋直径、混凝土强度等参数,对钢筋锈胀引起的混凝土开裂过程、锈胀力分布和变化过程进行了有限元模拟和分析. 结果表明:均匀锈蚀下钢筋圆周上各处锈胀力分布并不均匀,明显受到内部裂缝的影响;锈胀力在裂缝贯通前达到峰值,之后快速下降最终保持稳定;保护层厚度c和钢筋直径d对锈胀的影响为线性关系,且统一用c/d值表征这两个参数是合理的,c/d值越大保护层完全开裂时的锈胀力和锈蚀率也越大,即延缓了保护层开裂. 基于锈胀力与c/d值的变化关系提出了最大锈胀力公式,并通过试验数据比对验证了最大锈胀力公式的有效性与精度.      

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.     

锈损钢筋混凝土结构耐久性修复工艺研究

本文对锈损钢筋混凝土结构的耐久性修复材料和修复方案的选择原则进行了研究和论述,并根据不同修复方案对耐久性修复工艺进行了研究,为锈损钢筋混凝土结构的耐久性修复设计和修复施工提供了依据。     

钢筋混凝土保护层的研究

对混凝土碳化的物理化学性质、钢筋混凝土保护层厚度的设计施工作了论述,指出了钢筋混凝土工程中钢筋混凝土保护层的重要性。     

箍筋对混凝土结构钢筋锈胀抑制作用分析

考虑箍筋对于纵筋锈胀具有的抑制作用,在对钢筋锈胀作用与保护层混凝土锈伤劣化过程进行分析的同时,依据箍筋位置应变状态构建了混凝土锈胀模型.通过对箍筋的锈胀抑制作用进行了影响和验证分析表明,当箍筋间距小于50 mm时,箍筋的锈胀抑制作用非常显著.     

FRP加固钢筋混凝土结构阻锈性能的研究

研究了纤维增强聚合物(fiber reinforced polymer/plastic,FRP)加固锈蚀混凝土结构抗腐蚀特性,并与2种常用的阻锈材料(硅烷和Sika903)进行了比较.试验研究了FRP种类(碳纤维布(carbon fiber reinforced poly-mer/plastic,CFRP)、玄武岩纤维布(basalt fiber reinforced polymer/plastic,BFRP)和聚乙烯纤维布(polyethylene fiber reinforced polymer/plastic,PEFRP))、环氧树脂对阻锈性能的影响,试验研究表明:几种阻锈材料表现出不同的阻锈能力,CFRP、BFRP和PEFRP加固试件的理论锈蚀率(由实测的腐蚀电流确定)分别是标准试件(未保护试件)的13.9%、23.6%和17.2%;硅烷保护试件的理论锈蚀率与FRP系列差别不大,是标准试件的22.5%;Sika903阻锈蚀能力稍差,理论锈蚀率是标准试件的44.3%;单独使用环氧树脂可以取得良好的阻锈效果,理论锈蚀率是标准试件的20.7%.     

论钢筋混凝土结构胀缩裂缝的预防及处理

现阶段钢筋混凝土结构裂缝中胀缩引起的裂缝占一定的比例,本文对胀缩裂缝的预防措施和处理方法作简要介绍。     

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。     

含胶束结构的活性剂溶液非均匀铺展演化模型研究

当活性剂浓度超过其临界胶束浓度时,活性剂单分子缔合成胶束结构,其增溶与催化作用将不同程度地影响铺展过程;受铺展液膜与预置液膜间的分离压作用,活性剂液滴铺展呈现非均匀的指进特征。针对含有胶束结构的活性剂溶液铺展过程,通过引入恰当的分离压模型,建立了分离压作用下含胶束结构的活性剂溶液非均匀铺展的四方程演化模型。根据分离压模型的选取不同,可分析不同分离压模型的影响,为深入研究活性剂动力学特性和稳定性提供可以借鉴的理论模型。