相邻钢筋非均匀锈蚀引发混凝土保护层开裂的细观数值模拟

对2根相邻钢筋非均匀锈蚀膨胀引发的混凝土保护层破坏行为进行了细观数值模拟研究;考虑到混凝土细观结构非均质性的影响,将混凝土视为由骨料、砂浆和界面过渡区组成的三相复合材料,以施加强制位移的方式模拟钢筋的非均匀锈胀作用,建立了混凝土保护层开裂分析的细观尺度数值模型,并进行了影响参数分析。结果表明：细观数值模拟结果与已有文献中的试验结果吻合良好;相邻钢筋非均匀锈蚀时会发生内部裂纹相互贯通先于和落后于外部开裂2种破坏模式;钢筋直径不是影响混凝土保护层破坏的主要参数;混凝土保护层厚度主要影响外部开裂的发展;钢筋间距则主要控制内部裂纹的相互贯通。     

钢筋不均匀锈蚀引起的混凝土保护层开裂有限元分析

钢筋发生锈蚀,将导致混凝土保护层受拉而开裂,严重影响混凝土结构的耐久性.针对自然环境下混凝土构件中的钢筋往往是非均匀锈蚀,利用ABAQUS有限元软件,采用对钢筋周围混凝土施加不均匀锈胀位移的方法模拟钢筋非均匀锈蚀情况下保护层的开裂过程,基于有限元分析结果,得到保护层胀裂破坏时临界径向位移计算公式;以此为基础,推导了钢筋...     

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.     

砂浆内钢筋锈胀应力监测与数值模拟研究

钢筋锈蚀是导致海洋混凝土结构失效破坏的最主要原因,探明钢筋锈胀应力发展及其诱导混凝土开裂的过程对于钢筋混凝土服役寿命预测有重要意义。采用内掺盐与恒电位加速砂浆内钢筋锈蚀,通过砂浆外不锈钢圆环环贴应变片实现钢筋锈蚀过程的应变监测,并计算锈胀应力,利用COMSOL软件分析混凝土中钢筋锈胀应力发展及混凝土锈胀开裂历程。结果表明：利用有限元与钢筋锈胀时变径向位移加载,实现钢筋混凝土锈胀开裂过程的模拟,模拟结果与试验结果基本一致;不考虑砂浆、钢筋的非均匀性及锈蚀产物对开裂砂浆的充填效应,模拟结果不能真实反映锈胀应力的波动性及锈胀应力释放与缓慢增加的过程;提高砂浆强度、减小钢筋直径可以有效延缓钢筋锈胀导致混凝土开裂的时间。     

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.      

电化学快速锈蚀与自然环境钢筋锈蚀的相似性分析

就电化学快速锈蚀与自然环境下钢筋锈蚀的相似性进行研究,深入分析了环境条件对钢筋锈蚀机理、钢筋表面特征与锈蚀产物的影响,通过对电化学快速锈蚀与自然环境下混凝土保护层锈胀开裂的比较,探讨了电化学快速锈蚀模拟自然环境钢筋锈蚀的适用性.根据自然环境条件下和快速锈蚀试验中钢筋混凝土中锈蚀产物不同,提出了对外加电流快速锈蚀条件下钢筋混凝土锈胀开裂试验结果进行修正的方法.     

钢筋混凝土结构保护层非均匀锈胀压力模型

结合椭圆形非均匀锈蚀轮廓曲线,建立腐蚀环境下钢筋混凝土结构保护层胀裂时的非均匀锈胀压力预测模型,分析了保护层锈胀开裂时的临界锈胀压力的影响因素,得到钢筋直径、钢筋锈蚀率及体积膨胀率对临界锈胀压力的影响程度及影响规律.研究表明,该模型的绝大部分预测精度控制在15%以内.研究结果可为腐蚀环境下钢筋混凝土结构的使用寿命评价及其维修加固设计提供支持.     

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。     

再生混凝土抗氯离子渗透的五相细观数值模拟

考虑到再生混凝土微细观结构的非均质性,建立了包括新、旧界面过渡区,新砂浆、旧粘结砂浆和天然骨料的再生混凝土五相模型。基于Monte Carlo理论,借助MATLAB软件平台开发了更贴近实际的再生混凝土凸多边形粗骨料分析模型。模型计算结果与试验结果相近,证明五相凸骨料细观模型能较好地预测再生混凝土中氯离子的渗透行为,进而定量分析了再生骨料混凝土特性因子对氯离子渗透的影响。研究结果表明:当再生粗骨料体积分数由0增至50%时,氯离子扩散系数和扩散深度分别增加102.0%和23.9%;当界面过渡区厚度从25μm扩大至100μm时,氯离子扩散深度和扩散系数分别增加13%和37.0%;当再生粗骨料含量较大时,旧粘结砂浆的增加会显著降低再生混凝土抗氯离子渗透性能,旧砂浆粘结率从0.1增加到0.4,氯离子扩散系数增加18.2%;新、旧界面过渡区和旧粘结砂浆是影响再生混凝土抗氯离子渗透能力的根本原因。     

再生混凝土细微观结构和破坏机理研究

再生骨料相当于天然骨料表面附着了一层老砂浆,老砂浆力学性能相对天然骨料较差,造成了再生混凝土内界面过渡区的数量、分布和性能的不同,从而影响了再生混凝土的力学性能.首先通过试验方法研究了再生混凝土中老砂浆的含量和分布;利用扫描电镜考察了新老界面过渡区形貌的异同,分析了老砂浆对界面过渡区的影响;采用有限元软件ANSYS对再生混凝土细观结构的受力特征和破坏机理进行了初步分析.最后利用不同强度等级的废旧混凝土加工成再生粗骨料,制备成再生混凝土,测试其抗压强度和劈裂抗拉强度,验证了再生混凝土受力的破坏机理.     

锈蚀钢筋与高强再生混凝土的黏结性能试验

为研究锈蚀钢筋与高强再生混凝土之间的黏结滑移性能,采用通电加速锈蚀法获得36个中心拉拔钢筋被锈蚀的试件并进行中心拉拔试验.试件设计参数有5个:再生粗骨料取代率、钢筋外形、钢筋直径、锚固长度和钢筋锈蚀率.依据试验结果,对试件的黏结破坏形态和每个设计参数对锈蚀钢筋与高强再生混凝土间黏结性能的影响进行分析.结果表明:锈蚀钢筋与高强再生混凝土间的黏结破坏形式有3种,即钢筋拔断、钢筋拔出和混凝土劈裂;高强再生混凝土与锈蚀后螺纹钢筋间的黏结强度要明显高于锈蚀后光圆钢筋;锈蚀钢筋与高强再生混凝土间的黏结强度,随着再生粗骨料取代率的增加整体呈减小趋势,随着钢筋直径的增大而减小,随着锚固长度的增大而减小,随着钢筋锈蚀率的增大而减小,但当钢筋锈蚀率达到某一界限后这种减小便不明显.     

Bond Strength Degradation of Corrosive Reinforced Lightweight Concrete

The influence of reinforced bar corrosion on the bond degradation in lightweight concrete was studied. Accelerated constant current corrosion tests were performed on lightweight reinforced concrete samples, and the influential factors, such as protective layer thickness, reinforced bar diameter and corrosive level were investigated. The constant current step method was used to measure the electric resistance of the concrete protective cover, which was used to characterize the corrosion level of the rebar. Experimental results indicated that the corrosive resistance increased with increasing the cover dimension and decreasing the reinforced bar diameter, and the rate of decrease in the specimen impedance after cracking depended on the cover dimension. A new medium was offered for the further research on the performance degradation of corrosion lightweight concrete.     

锈蚀疲劳后混凝土中钢筋力学性能试验

为研究锈蚀疲劳后混凝土中钢筋的力学性能退化规律,对锈蚀钢筋混凝土梁疲劳破坏后取出的梁内主筋进行轴向拉伸试验,结合试验得到的锈蚀疲劳钢筋的应力-应变曲线,定量化地提出了锈蚀疲劳后混凝土中钢筋的本构关系模型,并对模型计算值与试验实测值进行对比验证.试验结果表明,未锈蚀钢筋在疲劳循环200万次后表现出与原状钢筋相同较好的延性破坏特征,疲劳作用对未锈蚀钢筋的力学性能没有实质影响;锈蚀疲劳后钢筋的应力-应变曲线发生了显著变化:屈服台阶特征改变、延伸率减小、屈服强度降低,变化幅度的大小与锈蚀疲劳程度有关,软钢不同程度地硬化;疲劳裂纹的出现使得钢筋在极低的延伸率下即突然拉断破坏,强度大幅降低,延性几乎完全丧失.     

混凝土结构碳化寿命的时变可靠度分析

在一般大气环境下,混凝土结构的耐久性问题主要是由于碳化引起的钢筋锈蚀问题.碳化造成混凝土结构从新建到最终失效破坏过程包括:混凝土中钢筋开始发生锈蚀;混凝土保护层开始出现顺筋裂缝;裂缝宽度达到不容许值或混凝土保护层锈胀剥落等三个阶段.采用拟Monte-Carlo随机模拟方法,计算了以上述三个状态作为极限我状态所对应的时变失效概率,计算结果令人满意.该方法可以应用于混凝土结构受钢筋腐蚀破坏的耐久性寿命预测中.     

基于多场耦合模型的混凝土冻融三维细观研究

基于蒙特-卡洛理论和工程粗骨料粒径分布情况,将骨料形状简化为球形,应用Matlab与Comsol Multiphysics接口进行二次开发,以生成区分骨料、界面过渡区（ITZ）和砂浆的混凝土三相三维细观模型. 采用改进的热-水-力耦合模型,将耦合模型与物理试验进行验证分析,结果吻合较好. 将该耦合模型应用于研究冻融作用下混凝土三维细观尺度的性能演化规律. 研究结果表明,当渗透率较高时,试件整体第一主应力急剧减小,且出现骨料受压而砂浆受拉的情况;当骨料体积分数增大时,试件应力整体呈现下降趋势. 砂浆渗透率和骨料体积分数对混凝土抗冻融性能的影响较大. 不同的ITZ线膨胀系数下混凝土应力变化不大,说明ITZ线膨胀系数对混凝土抗冻融性能的影响相对较小.