锈裂混凝土裂缝形态的试验研究

钢筋混凝土结构中 ,钢筋锈蚀产生体积膨胀 ,对外围混凝土产生径向压应力 ,导致混凝土开裂。在锈蚀混凝土构件的评估中 ,裂缝的分布形态和裂缝宽度是最明显和最直观的评估依据。试验室中 ,通过对混凝土试件的预留孔进行机械扩孔 ,模拟钢筋锈蚀膨胀引起混凝土开裂的全过程。机械扩孔试验用膨胀螺栓和水压机对 94个试件进行了不同条件下的扩孔 ,来模拟钢筋锈蚀在构件表面引起的应力分布及裂缝分布形态。分析混凝土保护层开裂趋势、裂缝扩展方式、裂缝分布形态与混凝土强度、钢筋直径、保护层厚度、钢筋位置、浇筑方式之间的关系 ,最后用有限元对一典型试件进行数值模拟计算。     

箍筋锈蚀混凝土棱柱体试件轴心受压试验研究

通过电化学方法对方形箍筋约束混凝土棱柱体试件内箍筋进行了实验室加速腐蚀试验,得到了箍筋锈蚀程度不同的锈蚀试件,并进一步开展了箍筋锈蚀混凝土棱柱体试件的轴压试验,研究了箍筋锈蚀对混凝土棱柱体试件破坏形态的影响,分析了箍筋锈蚀造成的混凝土损伤。试验结果表明:箍筋在角部锈蚀严重,混凝土保护层锈胀裂缝在角部沿竖向发展,且随着锈蚀程度的增加,裂缝宽度加大;锈蚀产物在混凝土保护层与核心区混凝土界面上的堆积,降低了混凝土保护层对构件承载力的贡献;箍筋锈蚀程度对试件的裂缝发展速度、破坏形态均有影响,箍筋锈蚀越严重,裂缝发展越迅速,核心混凝土的破坏程度愈大,斜向破坏面愈明显,混凝土试件的破坏形式从延性破坏向脆性破坏转变。     

混凝土结构中钢筋锈蚀程度评估和预测试验研究

通过三类１８０根锈蚀试件的观察和２５８根钢筋的破型试验分析，提出了对混凝土构件中钢筋锈蚀程度进行宏观、定量评定和预测的方法，得出了钢筋锈蚀与纵裂宽度、保护层厚度、钢筋直径和混凝土强度之间的关系公式，可为混凝土结构耐久性评估和可靠性鉴定提供科学的依据     

细观尺度下的保护层非均匀锈胀开裂分析

对锈蚀混凝土构件评估时,裂缝的分布形态和宽度是最主要的评估依据。本文根据在自然环境下钢筋锈蚀层的分布形态,基于细观力学模型采用过盈装配和损伤的方式模拟了钢筋非均匀锈蚀引起保护层开裂的全过程。分析了混凝土保护层开裂趋势、裂缝扩展方式、裂缝分布形态与保护层厚度、钢筋位置、骨料集配之间的关系,并与试验数据和现场检测现象进行对比,验证了计算结果的精确性。     

混凝土结构中钢筋锈蚀程度评估及预测试验研究

本文通过三类１８０根锈蚀试件的观察及２５８根钢筋的破型试验分析，提出了对混凝土构件中钢筋锈蚀程度进行及定量评定及预测的方法，得出了钢筋锈蚀与纵裂宽度、保护层厚度，钢筋直径及混凝土强度之间的关系公式，可为混凝土结构耐久性评估及可靠性鉴定提供科学的依据。     

钢筋锈蚀对自密实轻骨料钢筋混凝土粘结退化的影响

通过恒电流加速锈蚀方法,研究自密实轻骨料钢筋混凝土中钢筋直径和混凝土保护层厚度对钢筋锈蚀率及混凝土裂缝开展的影响。试验通过恒电流阶跃的手段测定混凝土保护层的电阻,并以此间接反映自密实轻骨料混凝土中钢筋锈蚀的程度。同时也对混凝土裂缝对试件阻抗和锈蚀速率的影响进行研究。     

混凝土中钢筋锈蚀深度预测模型

通过对在自然环境下经历2 a干湿循环作用的锈蚀钢筋混凝土试件的试验研究,探讨了保护层锈胀开裂后钢筋的锈损程度及其影响因素.依据试验结果,运用数理统计相关知识,对试件的锈蚀特征进行分析,建立了与保护层厚度、表面裂缝宽度、钢筋直径、混凝土强度等级及箍筋间距相关的混凝土中钢筋锈蚀深度预测模型;对模型进行参数敏感性分析表明,表面纵向锈胀裂缝宽度是影响钢筋锈蚀深度的最主要因素,除其他因素外,箍筋间距对纵向钢筋锈蚀深度也具有一定影响,且随箍筋间距减小影响程度逐渐显著;经试验验证,所建立模型具有较强的适用性.     

锈蚀箍筋约束混凝土柱低周反复荷载试验研究

通过电化学方法对混凝土柱内箍筋进行实验室加速腐蚀试验,得到箍筋锈蚀程度不同的混凝土柱试件,进一步开展了箍筋锈蚀约束混凝土柱低周往复加载试验,研究了箍筋锈蚀造成的混凝土损伤、箍筋的锈蚀形态以及箍筋锈蚀对钢筋混凝土柱破坏过程和破坏形态的影响。试验结果表明：混凝土构件中箍筋在转角部位锈蚀严重,混凝土保护层的开裂是以构件角部顺纵筋开裂为主;箍筋锈蚀产物在混凝土内的扩散、堆积导致混凝土保护层提前脱落,使其对试件承载力的贡献减弱;箍筋锈蚀程度的不同导致试件破坏过程和最终破坏形态有所差异：随着箍筋锈蚀程度的增大,试件破坏形式由延性较好的弯曲破坏向剪切脆性破坏转变;箍筋轻微锈蚀构件中钢筋与混凝土间的粘结作用不受影响。     

基于锈胀开裂路径的混凝土构件耐久性能概率预测模型及应用

基于混凝土锈胀开裂过程的随机性,提出了一种预测钢筋锈蚀程度、锈胀裂缝开展状况及承载力退化程度时变特性的路径概率模型,并编制了计算程序,能有效评估和预测氯离子侵蚀、混凝土碳化及两者耦合作用环境下钢筋锈蚀状况、锈胀裂缝宽度开展及构件承载力退化程度在不同时段的概率分布,实现了混凝土构件从有害物质侵蚀、钢筋锈蚀、混凝土开裂、钢筋锈蚀加剧、混凝土裂缝宽度增大到构件承载力下降的性能劣化全过程的数值模拟。可预测的性能特征参数包括钢筋样本锈蚀百分比,锈蚀率,混凝土开裂面积百分比,裂缝宽度及构件承载力退化百分比。预测结果与现场检测获得的统计结果吻合良好,验证了该模型的可靠性和有效性。图18表5参18     

钢筋混凝土锈蚀开裂及裂缝扩展研究现状

钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素,钢筋锈蚀发展到一定程度,混凝土保护层锈胀开裂,裂缝不断扩展。介绍了钢筋锈蚀机理、钢筋锈胀开裂及裂缝扩展研究的现状和主要研究内容。包括钢筋锈胀力、钢筋锈蚀率、锈胀裂缝宽度的扩展、锈胀扩展的计算机模拟。最后通过对研究现状的分析总结出钢筋锈胀开裂及裂缝扩展方面的研究展望。     

基于锈胀力的混凝土保护层破裂过程数值模拟

本文运用FINAL有限元软件,基于钢筋锈胀力,研究混凝土保护层裂缝的形成和发展过程,以及应力分布情况。以二维钢筋混凝土简支梁模型为例,采用以均匀锈蚀为理论基础的锈胀力计算模型,混凝土开裂前选用线弹性本构,开裂后选用双线性软化本构,模拟混凝土由加载初始到破坏的整个过程,得到不同时刻的裂缝图和最大主应力图。通过对试件破坏过程中典型裂缝图和最大主应力图的分析,得出模型为顺筋开裂,初裂位置位于钢筋周围的混凝土中,并逐渐向保护层发展,破坏时锈胀裂缝为张性裂缝,拉应力是裂缝扩展的动力,裂缝形态和应力分布均为漏斗状。文中验证了混凝土保护层发生顺筋锈胀破坏的形态,所得结论为混凝土构件的可靠性、耐久性分析提供了理论依据。     

荷载作用下开裂钢筋混凝土梁锈胀开裂模式及锈蚀分布研究

为提高混凝土结构的服役性能,对混凝土保护层的锈胀开裂过程进行研究。对荷载作用下锈蚀18个月的内掺氯盐钢筋混凝土梁的截面锈胀裂缝分析发现：环向裂缝宽度沿径向呈指数函数变化;锈胀裂缝的开裂模式、锈蚀产物与钢筋混凝土受力状态、骨料及裂缝的相对位置均密切相关;保护层破坏以层状破坏为主。通过研究提出,在对锈蚀钢筋混凝土梁进行承载力分析时,建议剪压区不考虑受压混凝土保护层的作用,对剪拉区和弯拉区钢筋与混凝土之间的黏结性能要进行折减。     

Accurate cover crack modelling of reinforced concrete structures subjected to non-uniform corrosion

Abstract

Concrete cover cracking caused by reinforcement corrosion is a significant durability problem of reinforced concrete (RC) structures. Extensive research has been carried out in the last few decades while most were focused on corrosion of a single reinforcing bar. Very little research has examined the whole cover cracking of RC structures due to multiple reinforcement corrosion. This article develops a numerical model to predict the structural failure of the whole cover of concrete induced by corrosion of multiple reinforcing bars. Moreover, a non-uniform corrosion model is established based on experimental results, in contrast to conventional uniform assumption. Two typical cover failure modes under the non-uniform corrosion of multiple reinforcing bars are identified and discussed. The effects of cover thickness, reinforcement spacing, fracture energy of concrete, etc., on cover cracking patterns and crack width are also investigated. The derived numerical model is verified by comparing the results with those from experiments in literature. Accurate prediction of concrete cover cracking can allow timely maintenance of existing structures and rational design for new buildings which prolongs the service life of the RC structures.     

锈损不锈钢钢筋混凝土梁受弯性能退化试验研究

为了得到海洋环境下不锈钢钢筋混凝土梁的服役性能演变规律,给结构性能评价和使用寿命评估提供可靠数据,采用加速锈蚀试验方法获取了不同锈蚀状态的不锈钢钢筋混凝土梁,开展了受弯性能试验研究,测试了纵筋的质量锈蚀率、主裂缝区域的纵筋锈蚀率和锈胀裂缝宽度,探讨了锈蚀对受弯梁破坏模式、裂缝开展和承载力的影响规律,并对不锈钢钢筋与普通...     

大气环境钢筋混凝土锈蚀梁顺筋裂缝规律试验研究

对大气环境中41根钢筋混凝土梁的锈蚀顺筋裂缝规律进行试验。结果表明,保护层厚度与应力状态是梁产生顺筋裂缝的主要影响因素,保护层越厚越不容易产生顺筋裂缝,受拉区出现顺筋锈蚀裂缝的可能性是受压区的2倍,并对可能的原因进行分析;提出可供锈蚀结构耐久性评价的顺筋裂缝宽度与锈蚀率关系的计算模型。     

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。     

火灾高温下混凝土计算机层析识别实验研究

为了研究火灾高温环境下隧道衬砌混凝土内部结构的损伤效应,在 100~800 ℃温度范围内,采用 CT 扫描、SEM 扫描电镜对混凝土的微观结构进行探测,建立裂隙率、裂隙长度、最大孔隙含量与温度的量化关系。研究表明：火灾发展过程中,混凝土内部结构产生了裂纹,且随火灾发展逐渐扩张;随着温度升高,混凝土的孔隙率、孔喉长度与宽度呈指数型函数上升趋势,表明混凝土细观结构损伤不断累积;最大孔隙的体积含量随火灾温度增加保持先增后减的变化特点。由扫描电镜结果发现,水泥硬化体在高温作用下逐渐膨胀脱水,是混凝土细观结构损伤的重要原因。     

砂浆锚杆锚固段锈蚀胀裂过程的数值模拟及分析

为研究砂浆锚杆锚固段的锈蚀胀裂过程，将杆体表面锈蚀产物的体积膨胀作用转化为虚拟径向位移直接作用在杆体孔洞周围，提出杆体发生均匀锈蚀和不均匀锈蚀时，根据锈蚀量确定虚拟锈胀位移的方法。用有限元软件ANSYS8．0中基于弥散固定裂缝模型的具有开裂功能的Solid65单元对砂浆锚杆锚固段保护层的锈蚀胀裂过程进行数值模拟。应用算例说明，在锈蚀量相等的情况下，杆体发生均匀锈蚀和不均匀锈蚀时，砂浆保护层的开裂程度是明显不同的，锈蚀对砂浆保护层的破坏程度是不一样的，由此提出在进行锈胀预测时均匀锈蚀假定应慎用的观点。     

Concrete cracking prediction under combined prestress and strand corrosion

This study investigates strand corrosion-induced concrete cracking under various prestress experimentally and analytically. Experimental data on the critical time of cover cracking, crack width and corrosion loss obtained from the accelerated corrosion test are presented and discussed. The expansion ratio of strand corrosion products is estimated based on the infrared spectroscopy and thermal gravimetry. An analytical model, incorporating the coupled effects of prestress and strand corrosion, is proposed to predict the global process of concrete cracking from initiation to propagation. Strand rust-expansion ratio and the residual stiffness of cracked concrete are also included in the model. Results show that prestress can accelerate the corrosion-induced cracking process. By varying prestress from 0 to 75% strand tensile strength, the critical time of cover cracking decreases 22% and the crack propagation rate increases 9%. It is found that the proposed model is accurate in predicting corrosion-induced crack width in prestressed concrete beams.     

Lateral deformation of RC beams under simultaneous load and steel corrosion

Cracking of cover concrete due to steel corrosion is one of the clear physical indicators of loss of service life of corroding RC structures. Its prediction is therefore very important for service life modelling of these structures. Models developed to predict the time to cover cracking assume that stresses due to steel corrosion follow the principles of a thick-walled cylinder under internal pressure. Considering the errors in the models, this paper contests the applicability of the thick-walled cylinder approach to model the time to cover cracking as well as the rate of lateral expansion of concrete after cover cracking using experimental results from 12 RC beams (153 × 254 × 3000 mm) corroded under a sustained load. It is shown in the paper that, contrary to the assumptions of uniform expansion made in the thick-walled cylinder approach, before cracking of the cover concrete, tensile strains are applied on the face of beams where corrosion agents are drawn whilst other faces are in compression. Corroded steel coupons are used to verify that this variation of strains is caused by the corrosion process not being uniformly distributed around the steel bar. It is also shown in the paper how cracking and location of cracks affects the rate of lateral deformation of concrete due to steel corrosion.