海水浪溅下混凝土中锈蚀钢筋性能试验研究及仿真分析

75根海水浪溅环境下混凝土中I级和II级锈蚀钢筋的拉伸试验表明 :要考虑由于锈坑引起的应力集中对强度的影响。讨论了屈服强度、极限强度、极限伸长率和破坏形式与重量锈蚀率的关系 ,分析了钢筋的应力应变关系和极限强度与屈服强度比值随锈蚀率提高的变化规律。海水浪溅环境比大气环境下的锈蚀钢筋承载能力低 15 %左右 ,截面损失率与重量损失率的差异要小。锈蚀钢筋有限元仿真分析表明 :锈坑引起的应力集中使屈服荷载比仅考虑面积减小的计算荷载低 5 0 %左右 ;初始直径越大 ,锈坑对强度的影响越小 ;锈坑形状和宽度对强度的影响不明显。数据存在一定离散性 ,对可能原因进行了分析。     

考虑蚀坑影响的锈蚀钢筋力学性能研究

研究了钢筋表面蚀坑对锈蚀钢筋屈服强度的影响，分别讨论了蚀坑深度和宽度对钢筋屈服强度的影响；分析了锈蚀坑存在造成钢筋应力分布变化的规律．研究表明。锈蚀钢筋屈服时所需荷栽与无锈钢筋屈服荷载之比值和蚀坑深度之间基本呈指数关系，而蚀坑宽度对其影响相对较小；锈蚀坑附近出现了明显的应力集中现象。将造成钢筋力学性能的明显退化．     

锈蚀钢筋力学性能研究

采用各种不同的锈坑形态模拟钢筋锈蚀后的力学性能,研究发现钢筋的力学性能不仅同锈坑的深度有关系,同时锈坑宽度的变化对钢筋力学性能的影响也有很大的关系.同时在钢筋锈蚀深度和宽度一致的情况下,钢筋的最大截面损失率对钢筋的极限荷载也有很大的影响.     

混凝土内部锈蚀钢筋应力集中特性研究

为了研究滨海环境下预应力钢筋混凝土结构内部锈蚀钢筋力学性能的退化过程,需要明确锈坑形状、深度及混凝土开裂程度等因素对锈坑处应力集中系数的影响。本文采用精细化有限元方法实现了混凝土内部钢筋在不同锈坑形状、锈蚀深度和混凝土开裂程度等多因素影响下的应力集中问题的数值模拟,分析总结了锈蚀钢筋应力集中程度的变化规律。     

不同缺口类型钢筋力学性能试验及数值分析

为模拟局部锈蚀对钢筋静力及疲劳性能的影响,对4种缺口形状、6种缺口尺寸的100根钢筋进行轴向静力拉伸和疲劳拉伸试验.基于静力拉伸试验结果,给出了缺口形状、缺口深度与钢筋屈服载荷、极限荷载间的定量关系,分析了缺口尺寸对应力集中系数的影响;基于疲劳拉伸试验结果,研究了缺口形状和缺口尺寸对钢筋疲劳寿命的影响,建立了钢筋应力范围-疲劳寿命-缺口深度的曲线方程;在试验基础上,建立了精细有限元三维实体计算模型,分析了缺口附近的应力分布状态,解释了坑蚀形态导致钢筋性能退化的原因.结果表明:三角形缺口应力集中系数最大,依次为变长度三角形、径向椭圆形和轴向椭圆形,应力集中程度随应力水平和缺口深度的增加而增大;不同缺口类型钢筋的实际应力范围和疲劳寿命在对数坐标下呈线性关系;三角形和变长度三角形锈坑应力集中梯度较大,率先进入塑性变形阶段,从而较早发生破坏.     

非均匀锈蚀钢筋拉伸性能试验与模拟

钢筋的非均匀锈蚀形貌是决定锈蚀钢筋力学性能的关键.结合“电渗-恒电流-干湿循环”加速锈蚀方法与3D扫描技术,获取了13根不同锈蚀程度、不同直径钢筋试件的锈蚀形貌,并通过单调拉伸试验和数值模拟,研究了锈蚀程度及钢筋直径对其力学性能的影响.结果表明：钢筋的名义屈服强度、名义极限强度、名义弹性模量、硬化起始应变和名义峰值应变等特征参数均随着锈蚀程度的增加而降低,且较小直径钢筋的强度特征值受锈蚀影响更为显著;微段切分法的分析结果表明,锈蚀钢筋名义力学性能的劣化是由截面积削弱引发的,其实际力学性能并未改变;根据已有试验数据和模拟结果,以最大截面锈蚀率和平均质量锈蚀率作为锈蚀程度量化指标对各力学性能特征参数退化规律进行了标定,进而建立了非均匀锈蚀钢筋拉伸本构模型.     

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.     

基于概率分析的锈蚀钢筋力学性能研究

研究了锈蚀钢筋几何参数(包括蚀坑形状、蚀坑位置、最大蚀坑深度、最大蚀坑个数、钢筋直径等)对钢筋力学性能影响的灵敏性;利用随机有限元的分析方法研究了锈蚀钢筋的应力分布情况.结果表明:对于相同直径的锈蚀钢筋,其力学性能主要取决于锈蚀钢筋表面的最大蚀坑深度;对于不同直径的锈蚀钢筋,可用锈蚀坑相对深度(蚀坑深度与钢筋直径之比)来反映钢筋的锈蚀程度,并建立了锈蚀钢筋的屈服荷载随锈蚀坑相对深度变化的规律;基于最大蚀坑深度的概率统计特性,得到了锈蚀钢筋最大应力分布的概率分布规律.     

基于ANSYS的锈蚀钢筋在静载下的力学性能研究

为了研究锈坑对钢筋静载作用下的受力性能,利用ANSYS有限元软件建立带有不同深度和长度锈坑的钢筋模型,对其施加不同大小的静力荷载。结果发现,带有锈坑的钢筋在锈坑周边及其底部有明显的应力集中现象,随着锈坑深度的增加,应力集中现象越发明显,随着锈坑增加,应力集中位置由锈坑四周往锈坑底部发生转移,研究表明锈坑引起的钢筋最大截面损失率是影响钢筋力学性能下降的主要原因。     

锈坑尺寸变化对钢板应力集中及疲劳寿命的影响

讨论了3种不同环境下腐蚀钢板表面形貌特征,通过假设锈蚀坑的近似几何尺寸,利用ANSYS及n Code Design Life软件,分析锈坑尺寸变化对钢板应力集中系数及疲劳寿命的影响规律。结果表明,随着锈坑深径比和宽长比的增大,应力集中系数逐渐增大且疲劳寿命逐渐减小并趋于稳定;基于深径比及宽长比的半椭球体锈坑应力集中系数计算模型,得出锈坑深度相对于半径对疲劳寿命影响逐渐增大,锈坑宽度相对于长度对疲劳寿命影响逐渐增大的基本规律。     

Variation of steel loss and its effect on the ultimate flexural capacity of RC beams corroded and repaired under load

This paper presents results of an investigation on the variation of mass loss of deformed tensile steel bars in RC beams (153 × 254 × 3000 mm) that were corroded whilst under a sustained load using an impressed current, constant wetting cycles with 5% NaCl solution and two different drying cycles. Following the corrosion test, selected beams were patch repaired whilst under a sustained load, but eventually all beams were tested to failure. The results indicated that the highest level of corrosion occurred where there were longer drying cycles, and that the level of sustained load had little effect on the rate of corrosion. Maximum mass loss of steel was found to occur at the centre of the corrosion region. The ultimate flexural capacity of beams was found to be best related to the maximum gravimetric mass loss compared to the average mass loss of steel. A maximum mass loss of steel of 1% was found to reduce the flexural capacity of beams by 0.7%.     

Probabilistic deterioration model of high-strength steel wires and its application to bridge cables

Bridge inspections reveal that severe corrosion and fatigue are the main failure mechanisms of bridge stay cables. This paper presents an empirical modelling of the long-term deterioration process of steel wires in cables with consideration of the simultaneous occurrence of uniform corrosion, pitting corrosion and fatigue induced by a combined action of environmental aggression and cyclic loading. Accelerated corrosion experiments are conducted to determine the different corrosion levels of high-strength steel wires, and time-dependent statistical models are developed to quantify uniform and pitting corrosion depth. Corrosion-fatigue process of steel wires is subsequently simulated using the corrosion models and cyclic stress obtained through cable force monitoring data. The mechanical properties of corroded steel wires, including yield stress, ultimate stress, ultimate strain and modulus of elasticity, are experimentally characterised, and the statistical models are established through regression analysis. Finally, the deterioration models of high-strength steel wires (including crack depth, ratio of broken wires, and remaining strength, among others) is extended to probabilistically assess the time-variant conditions of bridge cables (sectional area loss and remaining capacity). The presented study on the long-term deterioration of bridge cables would provide guidance to future decision-making regarding the maintenance and replacement of bridge cables.     

钢筋混凝土锈蚀参数试验研究

基于大尺寸柱式试件的电化学试验结果,得出了平均锈蚀深度与最大裂缝宽度、平均锈蚀深度与最大坑锈深度的统计关系;探讨了在快速锈蚀条件下,按法拉第定律的电化学锈蚀控制方程来估算钢筋锈蚀深度的合理性。根据柱式拉伸试件的试验结果和有限元仿真分析,研究了轴向不均匀锈蚀对结构的影响。     

锈蚀钢筋力学性能的数值分析

强腐蚀性介质对混凝土中钢筋的侵蚀主要表现为点蚀,由此导致钢筋力学性能指标及粘结强度的退化,是影响混凝土结构耐久性的关键因素之一。采用有限元方法模拟分析了蚀坑引起的应力集中的发展规律;探讨了蚀坑形状、深度、间距对钢筋屈服强度造成的影响。结果表明,蚀坑附近有明显的应力集中现象,且表现出一定的规律性;钢筋屈服强度与蚀坑深度有明显关系,与蚀坑的形状以及间距关系不大。     

锈蚀钢筋混凝土构件粘结滑移本构模型

研究了锈蚀后的钢筋与混凝土之间的粘结滑移关系。基于已有细观受力模型及锈蚀后极限粘结力理论,综合考虑了锈蚀钢筋体积膨胀对混凝土保护层的锈胀压应力、锈蚀钢筋半径损失、混凝土有效保护层厚度的改变、钢筋与混凝土之间摩擦系数的改变以及粘结滑移特征值的改变等影响因素。分析得出了锈蚀后钢筋与混凝土之间的4个粘结应力特征值和滑移值,并绘出了完整的粘结滑移曲线。最后,通过现有的试验验证了建立的锈蚀后的钢筋混凝土构件粘结滑移本构模型。     

Q420qD钢材应力腐蚀特征试验研究

为研究Q420qD钢材应力腐蚀特征,对应力水平为0.3倍屈服应力和无应力工况下共60个试件在相同腐蚀环境中进行通电加速腐蚀试验,建立了有应力和无应力腐蚀试件的腐蚀速率模型并进行对比。对部分腐蚀试件表面进行三维形貌扫描,研究了有应力和无应力试件的形貌发展规律、蚀坑深度分布规律以及蚀坑形态与径深比规律。利用差分盒维数计算腐蚀表面分形维数,对比了有应力和无应力试件分形维数随质量损失率和腐蚀时间的变化规律。结果表明:当试件应力为0.3倍屈服应力时,有应力和无应力试件腐蚀速率均表现为先快后慢,在目标腐蚀率小于18%时,有应力和无应力试件腐蚀速率近似为常数,且有应力试件的腐蚀速率近似为无应力试件的1.15倍; 有应力试件腐蚀形貌发展快于无应力试件,且最终腐蚀形态都以均匀腐蚀为主; 有应力和无应力试件表面分形维数变化规律相似,均在腐蚀初期迅速增大,之后出现减小—增大—减小的周期性上下波动现象; 有应力试件分形维数在腐蚀初期发展速率高于无应力试件,且有应力试件的分形维数普遍大于无应力试件; 蚀坑形态以球冠状为主,有应力和无应力试件单个蚀坑深度分布均能较好地服从正态分布规律; 蚀坑径深比变化范围稳定于2～6,平均值在4附近波动。     

基于三维Copula函数的蚀坑预测模型

通过盐雾腐蚀试验研究了钢绞线在不同应力幅作用下的腐蚀规律,并且观测了钢绞线的腐蚀形态.从概率角度出发,得到了钢绞线蚀坑长度、宽度和深度的独立分布形式,然后基于三维Copula函数得到三者之间的联合分布规律,提出了三维蚀坑预测模型,并通过显著性检验对该模型进行了验证.结果 表明:Clayton Copula函数对于模拟蚀坑三维联合分布具有较高的精度;蚀坑使得钢绞线的抗拉强度和延伸率急剧下降,是钢绞线疲劳寿命下降的主要原因;三维蚀坑预测模型的提出,可以为预测钢绞线的腐蚀疲劳寿命提供参考.