钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构动力特性影响数值分析

利用有限元软件ANSYS,对发生钢筋锈蚀后的钢筋混凝土结构进行了数值模拟,探讨了在钢筋不同锈蚀程度的情况下,钢筋混凝土结构固有频率的变化情况,模拟结果表明,钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁的固有频率有显著影响,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。     

碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

通过10根碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁和2根锈蚀钢筋混凝土梁的弯曲疲劳试验,研究了钢筋锈蚀率、碳纤维布加固量、荷载比、加固前损伤等因素对碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁弯曲疲劳性能的影响。试验结果表明,碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁的典型疲劳破坏过程仍具有三阶段发展规律,但其第二阶段在整个发展过程中所占的比例有所下降。钢筋的疲劳性能是控制加固梁疲劳破坏的主要因素,随着钢筋锈蚀率的增加,梁的疲劳寿命急剧缩短,其破坏形式为受拉钢筋脆性断裂,外贴碳纤维布加固则能明显改善锈蚀钢筋混凝土梁的弯曲疲劳性能、提高梁的疲劳寿命,避免锈蚀钢筋疲劳断裂后梁突然失去承载力。基于此,提出了采用粘贴碳纤维布提高锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能的设计步骤。荷载水平提高以及加固前的损伤均会降低混凝土梁的疲劳寿命,因此在钢筋混凝土结构使用过程中应尽量避免超载现象,并应及时对损伤结构进行修复、加固。     

锈蚀钢筋混凝土梁的承载力分析

从自然暴露１０年的钢筋混凝土梁中,按钢筋锈蚀损伤程度选取６根梁进行承载力试验,结果表明,钢筋锈蚀程度对梁的承载力有明显影响,钢筋锈蚀越严重,承载力越小,但在考虑钢筋锈蚀损伤后,锈蚀钢筋混凝土梁的承载力计算仍可采用规范方法。     

局部锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的数值模拟

局部锈蚀钢筋混凝土梁的承载力衰减规律是混凝土结构耐久性研究的基本问题.本文采用有限元方法数值模拟了局部钢筋锈蚀对钢筋混凝土粘结强度的影响,并模拟了锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的衰减规律,通过引入钢筋锈蚀影响系数,建立了局部锈蚀钢筋混凝土梁结构的抗弯承载力计算方法,与实测结果对比验证了本文所建立计算方法的合理性,可作为实际工程中受腐蚀钢筋混凝土结构承载力定量评判的技术参考.     

锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

通过锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳试验,分析了主筋锈蚀与混凝土梁疲劳性能的关系。疲劳试验包括1根钢筋未锈蚀的对比梁和8根钢筋锈蚀率介于4%～12%的试验梁。试验结果表明锈蚀钢筋混凝土梁的刚度在疲劳过程中表现出“下降—平稳—上升”三阶段特性。由于钢筋混凝土梁中钢筋的不均匀锈蚀,钢筋表面产生明显的坑蚀,锈蚀梁的疲劳破坏在应力幅最大且表面有坑蚀的钢筋截面发生。随着主筋锈蚀率的增加,梁的疲劳寿命急剧缩短,其破坏形式为受拉钢筋脆性断裂,破坏前没有预兆。振动测试表明,梁的基本频率并不是随疲劳损伤积累而单调下降,实测基本频率不能可靠地预报锈蚀钢筋的疲劳断裂破坏。同时,在相同疲劳循环次数下,随疲劳应力幅的增大,钢筋锈蚀的性能逐渐由软钢向硬钢转变。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算

针对目前锈蚀钢筋混凝土构件的研究仅考虑钢筋锈蚀程度的影响,而忽略了在相同锈蚀程度下构件其他参数对承载力退化的影响,导致现有计算模型参数相差较大的问题,对现有锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法进行了对比分析。基于无粘结钢筋混凝土梁的研究成果,分析钢筋锈蚀程度、截面配筋率对锈蚀损伤构件的承载力退化产生的影响,综合考虑锈蚀构件截面配筋指标以反映不同构件参数对其产生的影响及无粘结梁钢筋强度利用系数的计算公式,建立了一般锈蚀钢筋混凝土梁受拉钢筋强度利用系数的计算公式。经试验验证,数据吻合很好,其结果有益于完善和发展锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的计算方法。     

锈蚀钢筋混凝土梁受力性能研究

根据已有研究成果建立锈蚀钢筋及钢筋—混凝土界面的性能退化模型,采用有限元软件建立分离式钢筋混凝土梁模型,通过试验验证了数值分析结果的准确性。在此基础上,对锈蚀钢筋混凝土梁的受力性能进行了参数分析。结果表明:(1)钢筋锈蚀率对钢筋混凝土梁受力性能影响较大,随着锈蚀率的增加,构件的承载力降低、刚度退化及延性变差;(2)钢筋—混凝土界面粘结力对钢筋混凝土梁承载力影响较小,但会改变构件的破坏模式,随着锈蚀率增加,构件从延性破坏变为脆性破坏。本文研究成果可为锈蚀钢筋混凝土梁加固设计提供参考。     

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。     

FRP加固锈蚀RC梁抗弯疲劳性能研究进展

氯离子诱发的钢筋锈蚀已成为土木工程领域的普遍现象,在疲劳荷载和钢筋锈蚀的耦合作用下,桥梁结构的疲劳寿命会大幅下降。采用 FRP 材料对锈蚀损伤的钢筋混凝土梁进行加固,是提高疲劳寿命的一种有效方法。为了全面研究 FRP 加固锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能,分别从加固未锈蚀和锈蚀梁两个方面总结国内外 FRP 加固钢筋混凝土梁疲劳性能的研究成果,为桥梁等结构的加固提供参考数据,并讨论了今后拟开展的若干重要研究问题。     

模拟海洋环境下负载对锈蚀钢筋混凝土梁使用的影响

完成了对持续荷载作用下锈蚀梁、加载后卸载锈蚀梁、持续加载不锈蚀梁在使用阶段的对比试验。通过交替喷洒3.5%的盐水来模拟海洋潮汐环境,采用外加电流来加速钢筋锈蚀,整个试验过程中检测梁的锈蚀电流和跨中挠度。结果表明,荷载对钢筋锈蚀有明显影响,荷载作用使梁锈蚀加速,钢筋出现不均匀锈蚀。随着时间的增长,持续荷载作用下锈蚀梁的跨中挠度比没有锈蚀梁的挠度增长速度快。因此锈蚀钢筋混凝土结构在使用阶段的性能对耐久性能研究和使用寿命预测都非常重要。     

配筋对钢筋混凝土阻尼性能的影响

采用混凝土的Kelvin阻尼模型和复阻尼模型,对钢筋混凝土阻尼参数进行了分析,推导得到了弹性阶段弯曲振动时钢筋混凝土阻尼性能的理论折减系数.研究了弯曲振动时钢筋混凝土损耗因子与配筋率、激励频率间的关系.结果表明:钢筋混凝土损耗因子随配筋率的增加和激励频率的提高而下降,且初始下降较快,而后渐趋平缓.将试验数据与理论折减系...     

既有结构的动力有限元建模方法研究

针对存在性能退化的既有结构,提出了同时考虑单元刚度变化和单元材料阻尼比变化的损伤建模方式。以三层钢筋混凝土框架结构为例,进行有限元建模分析。计算不同构件发生破坏时该结构的基频变化率。计算结果表明:各构件的损伤对结构的影响是不同的;同时考虑构件刚度和构件阻尼比变化能够更真实的反应既有结构的动力特性。提出的同时考虑刚度和阻尼变化的建模方法可为进行既有结构的计算机仿真分析及研究既有结构的抗震性能提供依据。     

基于PZT波传播法的混凝土内部钢筋锈蚀监测方法

为有效监测钢筋混凝土结构内部钢筋的锈蚀,提出了基于压电陶瓷(PZT)波传播法的钢筋锈蚀监测方法.首先,基于PZT波传播法对变形钢筋进行了试验研究及数值模拟,找出了应力波在无锈蚀钢筋中的传播衰减规律;然后,设计制作了18个钢筋混凝土试件,在埋入每个试件中的钢筋表面相同位置粘贴PZT激励器/传感器;最后,对试件进行电化学快速锈蚀,并在试件锈蚀过程中,对其进行PZT测试,来追踪锈蚀对应力波传播特性的影响.结果表明:钢筋锈蚀严重影响应力波的传播衰减规律,传感器接收到的信号幅值与钢筋锈蚀率之间呈二次函数的关系.     

受腐蚀钢筋混凝土偏心受压构件低周反复性能的试验研究

为了解地震作用下受腐蚀钢筋混凝土结构的性能,对8组16个腐蚀的钢筋混凝土偏心受压试件进行了低周反复荷载试验,得到试件钢筋不同腐蚀程度时的水平荷载(P)-位移(Δ)滞回曲线,分析了钢筋锈蚀率对试件承载力、刚度、延性、耗能能力等的影响,给出了试件的骨架曲线和刚度衰减曲线。结果表明,试件开裂后的滞回曲线形状基本上呈梭形,同时由于钢筋锈蚀程度的不均匀性,滞回曲线呈现明显的不对称。随钢筋锈蚀率的增大,试件的屈服荷载和极限荷载降低,滞回曲线的丰满程度和滞回环的面积逐渐减小,刚度、延性和耗能能力逐步降低,即当钢筋锈蚀率由8%增到19.8%时,累积耗能由11.5kN·m降低到1.5kN·m,延性系数由6.29降低到3.96。当遭受严重腐蚀时,试件可能由塑性破坏转变为脆性破坏。试验中还发现,试件中箍筋的锈蚀程度比纵筋严重,这与许多实际工程结构的检测结果也很相似。     

钢筋混凝土锈蚀损伤研究综述

钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构耐久性降低的主要因素之一。简要说明研究钢筋混凝土锈蚀损伤的重要意义,阐述了钢筋混凝土锈蚀件损伤的研究状况。主要从混凝土中锈蚀钢筋的力学性能、钢筋锈蚀引起的混凝土损伤、锈蚀钢筋与混凝土间粘结性能和锈蚀钢筋混凝土受弯构件、受压构件的受力性能、锈蚀钢筋混凝土构件抗震性能等方面总结归纳了国内外的研究现状与成果,并分析了今后的研究方向。     

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     

滨海盐渍土环境中暴露17年的钢筋混凝土桩耐久性分析

通过外观形貌、腐蚀产物、碳化深度、氯离子含量、硫酸根离子含量等,全面分析了在滨海盐渍土环境中自然暴露17年的钢筋混凝土桩的腐蚀特征,论述了钢筋混凝土材料在滨海盐渍土环境下的腐蚀机理和耐久性的劣化规律。结果表明,不同部位的钢筋混凝土桩的破坏程度、中性化深度、钢筋锈蚀和侵蚀性离子含量分布有着显著不同;混凝土桩发生由表及里的...     

基于通电退化的再生混凝土中钢筋可靠性评估

为了评估阻锈剂对再生混凝土中钢筋的保护作用,设计了钢筋再生混凝土恒电流通电加速锈蚀试验,对再生混凝土中钢筋进行电化学试验,分析钢筋极化曲线及交流阻抗,计算钢筋腐蚀电流密度,并以腐蚀电流密度作为损伤变量,运用Weibull分布函数建立再生混凝土中钢筋的可靠度函数.钢筋通电加速试验后,对钢筋进行微观形貌观测.结果 表明:随着通电时间的增加,未掺阻锈剂的再生混凝土试件中钢筋表面出现颗粒状的锈蚀物;掺加阻锈剂的再生混凝土试件中钢筋表面出现大量的微裂纹;可靠度为60％时未掺和掺加阻锈剂试件中钢筋失效时间分别为880、2060 h,阻锈剂可以使再生混凝土使用寿命延长至原来的2.34倍.     

锈蚀钢筋混凝土柱滞回性能的研究

通过有限元ABAQUS软件模拟钢筋混凝土柱的低周反复试验,研究锈蚀率,轴压比对滞回性能的影响。结果表明:随着锈蚀率和轴压比的增大,钢筋混凝土柱的滞回性能和延性逐渐降低,且在锈蚀率为30%和轴压比为0.4状态下更容易发生脆性破坏。当锈蚀率一定的情况下,钢筋混凝土柱的延性随着轴压比的增加而降低,累积耗能减小,耗能能力降低。研究成果或可为锈蚀钢筋混凝土柱的抗震性能评估提供参考。     

Experimental study on fatigue behavior and chloride diffusivity of fatigue damaged RC beams after chloride attack

对于沿海地区具有疲劳损伤的在役钢筋混凝土(RC)桥梁结构，其在氯腐蚀后的疲劳性能和氯离子扩散性对于结构耐久性设计和评估至关重要。为此，通过试验研究15根不同初始疲劳损伤程度RC梁在氯腐蚀后的疲劳性能和混凝土中氯离子含量，试验参数包括荷载水平(疲劳荷载上限与静载极限荷载之比，取0.2~0.5)、初始疲劳加载次数(1×104~120×104)、氯腐蚀时间(90、180d)和受拉纵筋配筋率(1.06%、1.59%和2.91%)。试验结果表明：疲劳损伤RC梁在氯腐蚀后进行疲劳加载时，梁挠度和混凝土应变等呈现典型的三阶段变化特征；荷载水平、初始疲劳加载次数、氯腐蚀时间和受拉纵筋配筋率均对其剩余疲劳寿命影响显著，荷载水平(不小于0.4)、初始疲劳加载次数(第一疲劳阶段)和氯腐蚀时间的增加均引起剩余疲劳寿命迅速降低，当配筋率增加到42%界限配筋率时，寿命有所增加；受拉混凝土氯离子扩散性的增加与RC梁剩余疲劳寿命的降低相关联，而受压混凝土的扩散性随荷载水平、初始疲劳加载次数和配筋率的增加而增加。