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。     

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。     

受腐蚀钢筋混凝土梁截面延性研究

研究了受腐蚀钢筋混凝土梁的延性特性，分析了受腐蚀梁截面曲率延性系数随钢筋锈蚀率及混凝土劣化系数的演变规律，推导了钢筋与混凝土间粘结退化时受腐蚀梁截面曲率延性计算模型。研究表明，拉压区钢筋在锈蚀初期将导致受腐蚀梁截面曲率延性的提高，但随着钢筋锈蚀率的提高，钢筋与混凝土粘结性能逐渐退化，截面曲率延性系数逐渐降低；混凝土力学性能的劣化作为影响受腐蚀构件延性特性另一主要因素，在受腐蚀钢筋混凝土构件的受力研究中不容忽略。为受腐蚀钢筋混凝土构件受力研究及可靠度评价提供了理论依据。     

配置高强钢筋的再生混凝土梁试验研究

本次试验的设计强度为C40,将再生混凝土梁分别配置HRB400和HRB600的高强钢筋,并探究其力学性能,得出以下结论:配置高强钢筋的再生混凝土梁与普通混凝土梁相比,其纯弯段正截面的受力形态无明显差异,但挠度增大,裂缝数量增多,间距变小,并且具有较好的延性。再生粗骨料取代率的大小对梁的承载力影响不明显。试验结果对今后再生混凝土梁配置高强钢筋具有一定的参考作用。     

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%。     

基于ANSYS的再生砖粗骨料混凝土梁受弯性能有限元分析

为深入了解再生砖粗骨料混凝土梁的受弯性能,通过ANSYS有限元分析软件,对不同再生砖粗骨料替代率和不同纵向受拉钢筋配筋率的混凝土梁受弯性能进行了模拟分析。结果表明:混凝土梁的有限元计算结果与试验结果吻合较好,有限元数值分析可以有效的模拟再生砖粗骨料混凝土梁的受弯性能;再生砖粗骨料替代率和纵向受拉钢筋配筋率对混凝土梁的极限弯矩与跨中极限挠度影响显著,再生砖粗骨料影响系数k在配筋率为1.01¹.48%范围内时稳定较好。     

轴压作用对保护层锈胀开裂的影响机制

研究了轴压应力对钢筋锈蚀导致混凝土保护层胀裂历程的影响。采用DIANA软件构建了保护层受钢筋非均匀锈胀作用的三维仿真模型,建立了在轴压作用下,受围压约束裸筋与混凝土内钢筋横向变形等效的方法,有效解决了对混凝土柱同时施加轴压和非均匀锈胀作用的难题。在此基础上,对不同负载水平和配筋方式的24根轴压柱的锈胀开裂历程进行了数值分析,探讨了轴压应力大小对锈胀裂缝扩展和胀裂各阶段特征锈蚀率的影响规律,并分析了轴压应力水平与混凝土强度、相对保护层厚度等其他锈胀开裂影响因素间的相关性。结果表明:轴压应力的存在改变了混凝土构件锈胀裂缝的发展趋势,影响了保护层锈胀开裂各阶段的钢筋锈蚀率;构件内多根钢筋锈蚀导致保护层破损的形态及其发生整体剥落的可能性受轴压应力水平影响显著,相同条件下随轴压应力增大,保护层发生整体剥落的可能性大大增加;钢筋非均匀锈蚀比均匀锈蚀更容易使保护层胀裂,且两者间的差异随轴压应力水平增加而加大;施加轴压应力不会改变混凝土强度和相对保护层厚度对锈胀裂缝发展的影响规律。     

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。     

纤维塑料筋混凝土梁挠度的计算方法

本文基于本课题组与国外已有试验研究,根据纤维塑料筋混凝土梁的非线性有限元分析与试验结果的验证,对纤维塑料筋混凝土梁挠度的计算方法进行了较系统的研究.研究表明,纤维塑料筋混凝土梁的刚度随配筋率和混凝土强度的提高而增大;当纤维塑料筋混凝土梁发生受拉破坏时,增加配筋率可提高其极限变形能力,而当发生受压破坏时,极限变形能力与配筋率成反比;纤维塑料筋混凝土梁开裂截面内力臂长度系数可取为0.94.在此基础上,提出了纤维塑料筋混凝土梁挠度的设计建议.按本文建议公式计算的纤维塑料筋混凝土梁挠度值与试验结果吻合良好.     

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。     

钢筋腐蚀疲劳共同作用机理与寿命预测

为了准确计算钢筋腐蚀疲劳寿命,依据金属力学、电化学、断裂力学的基本原理,对混凝土中脱钝钢筋的腐蚀介质和疲劳荷载共同作用交互机理进行研究,建立脱钝后钢筋在疲劳荷载作用下同时考虑弹性变形、塑性变形和电化学作用的钢筋腐蚀速率模型,在此基础上构建了圆柱形钢筋腐蚀疲劳应力强度因子幅值的计算模型。定量分析了腐蚀疲劳裂纹扩展门槛值的理论计算模型以及钢筋腐蚀疲劳裂纹扩展模型,提出了腐蚀介质和疲劳荷载共同作用下钢筋寿命预测模式。利用已有文献中钢棒腐蚀疲劳试验结果对本文提出的模型以及寿命预测模式进行验证,结果表明,pH=2.5~12时钢棒腐蚀疲劳寿命计算值与试验值吻合较好,还揭示了疲劳荷载对钢筋腐蚀速度影响规律。     

荷载对钢-混凝土连接锈蚀栓钉力学性能影响研究

为了研究荷载对钢-混凝土连接栓钉锈蚀程度对其力学特性的影响,对不同锈蚀程度的栓钉连接件的进行荷载试验。根据钢筋的锈蚀原理,利用人工方法加速钢-混凝土的栓钉锈蚀,为荷载试验提供达到相应的锈蚀程度样品,并通过荷载试验分别对四组样品进行极限承载力和变形特性展开研究。由试验结果可知:若栓钉连接件的钉杆发生锈蚀,尤其当锈蚀出现在靠近结合面处,该栓钉连接件的承载力以及变形特性均会受到影响;而且栓钉的锈蚀程度越大,其承载力则越低;当栓钉锈蚀质量损失率达到20.8%时,其极限承载力降低了17%;栓钉连接件大头端部锈蚀质量损失率约20%时,极限承载力下降仅为3%。研究结果为钢-混凝土的试验设计、施工使用等提供参考。     

锈蚀钢筋混凝土方桩水平承载性能退化规律

为研究锈蚀钢筋混凝土方桩的水平承载性能的退化规律,根据Fick第二定律,建立氯离子在钢筋混凝土方桩中的扩散模型,并根据初始和边界条件,求得扩散方程的解析解。依据厚壁圆筒模型,推导了钢筋混凝土方桩保护层锈胀开裂时的钢筋临界锈蚀深度。基于Faraday定律,对钢筋混凝土方桩钢筋的锈蚀深度和保护层锈胀开裂时间进行预测。在此基础上,通过引入钢筋混凝土方桩桩身抗弯刚度退化系数,进而对海洋环境下锈蚀钢筋混凝土方桩的水平承载性能进行分析。结果表明:海洋环境下由于氯离子的扩散引起的钢筋锈蚀对于钢筋混凝土方桩的水平承载性能有显著影响;随着暴露时间的增加和暴露条件的恶劣,桩身抗弯刚度明显退化,桩身负剪力、桩身水平位移和桩身弯矩的最大值逐渐增大;荷载条件相同情况下,与桩身剪力以及弯矩相比较,暴露时间对于桩身的水平位移所起到的作用更为明显。研究成果可为海洋环境下钢筋混凝土桩基础的设计提供参考。     

预应力碳纤维布加固RC梁的截面应力分析

在碳纤维布对混凝土梁加固工程中,采用预应力技术可以充分发挥碳纤维布高强度的性能。针对碳纤维布在加固钢筋混凝土梁时性能不能充分发挥和在使用中加固效果不明显,对构件开裂荷载提高程度不大,难以抑制裂缝发展的问题,在试验研究的基础上,对预应力碳纤维布加固RC(钢筋混凝土)梁进行了截面应力分析,为其正截面抗弯承载力计算方法的建立提供了参考依据。     

CFRP外包膨胀混凝土组合梁的抗弯性能

预应力混凝土结构在抗裂和抗渗方面都有着天然的优势,然而复杂的张拉工艺和严格的锚具制作制约了其在实际工程中的应用和发展。为研究出新型预应力结构,提出了CFRP外包膨胀混凝土组合梁技术,并对5根膨胀混凝土组合梁(SHCC)和5根普通混凝土组合梁(PCC)进行了抗弯性能试验研究。试验主要考虑了混凝土的种类、CFRP片材的层数和布置形式。试验结果表明,在CFRP增强方式相同的情况下,SHCC试件比PCC试件表现出了更好的延迟开裂、控制裂缝宽度和承受荷载的能力。组合梁的承载力随CFRP配筋率的增加而增大,然而过大的配筋率会使组合梁的破坏形态由弯曲破坏向弯剪破坏转变。在配筋率相同的条件下,相比CFRP对称布置,偏心布置CFRP组合梁试件表现出的抗弯性能更加优越。     

碳纤维加固钢筋混凝土梁受弯性能非线性有限元分析

研究混凝土、受拉钢筋和CFRP在开裂、屈服、破坏各阶段的工作状态和受力特点,对认识CFRP加固机理和性能有着重要意义。应用ANSYS建立碳纤维加固钢筋混凝土梁有限元模型,利用单元生死技术模拟CFRP的不同工作状态,对试件梁开裂、屈服、破坏全过程进行非线性有限元分析。分析表明:在钢筋屈服后,CFRP加固钢筋混凝土梁在后期抗弯刚度、延性和极限承载能力方面均有增强;在结构承受较大初始荷载情况下,二次受力问题对加固梁的抗弯刚度、极限承载能力、延性存在一定影响;由于CFRP是在钢筋进入屈服阶段,应力停止增长后才发挥巨大作用,二次受力时的加固也能取得较好效果;分析结果与实测数据吻合。     

电脉冲信号暂态响应法评定钢筋腐蚀状态

钢筋混凝土结构物中的钢筋腐蚀检测评估的新方法－电脉冲信号暂态响应法，具有快速、无损和判别准确率高的特点，它运用计算机采集处理钢筋在恒电流脉冲作 的电位暂态响应数据。求出反映钢筋腐蚀状态的特征参数－阻容（R C）值，室内试验和现场检测表明，钢筋的RC 值主要与钢筋的腐蚀状态有关。RC值小于4.4s，钢筋即腐蚀。