考虑碳化和氯离子累积效应的梁桥时变可靠度

为探究多因素影响下钢筋混凝土桥梁的性能退化情况,对其抗力及可靠性时变演化过程进行研究.分析碳化、混凝土表面氯离子累积效应、荷载以及裂缝对氯离子侵蚀的影响.根据Fick第二定律和路径概率方法得到不同服役期时钢筋锈蚀率的无条件概率密度分布,进而得到不同服役期对应的抗力概率密度分布,并采用三参数Burr XII分布模型对其进行拟合.采用蒙特卡洛方法对不同服役期桥梁的可靠度进行计算,研究碳化和混凝土表面氯离子累积效应对钢筋锈蚀概率、桥梁抗力及可靠性的影响.结果表明:随着服役时间的增加,桥梁的抗力及可靠性逐渐降低,抗力的离散性逐渐增大;考虑碳化和累积效应后,桥梁的抗力及可靠性会降低,碳化和累积效应对桥梁可靠性的影响主要体现在服役后期.在对服役期较长的桥梁进行可靠性评估时应注重考虑碳化和氯离子累积效应的影响.     

大气环境下服役公路梁桥结构时变可靠度分析

为了准确评估钢筋锈蚀对大气环境下服役桥梁耐久性能影响,结合一般大气环境下钢筋锈蚀的系统研究成果和服役桥梁实际检测资料,综合考虑钢筋截面面积、屈服强度和黏结强度的降低,建立服役公路桥梁弯曲抗力退化时变模型,在现有运营荷载等级和服役周期基础上分析结构时变可靠度.针对一座实际服役桥梁开展分析,计算表明：在一般大气环境下综合考虑钢筋锈蚀对钢筋截面面积、屈服强度和黏结退化的影响,桥梁结构时变可靠度在31 a左右即下降到需要维修补强的程度,与工程实际的首次维修维修时间基本一致,远远提前于只考虑钢筋截面面积单因素简化模型预测时间.多因素模型预测的桥梁结构时变失效风险较其他模型明显增大,同时在各个蜕化因素中,黏结退化对结构承载力降低有显著影响.     

锈蚀-疲劳作用下的砼梁桥失效概率分析

研究氯离子侵蚀、混凝土开裂和车辆荷载反复作用对钢筋混凝土梁桥结构抗力退化的影响,建立了砼梁桥在锈蚀疲劳作用下的结构抗力退化模型,采用蒙特卡洛法编写了相应的时变失效概率计算程序.以广东省某沿海砼简支梁桥为例,计算其时变失效概率,并预测其使用寿命.分析结果表明,在车流密集锈蚀-疲劳作用下,砼梁桥的时变失效概率远大于仅考虑锈蚀影响的时变失效概率,指出在分析砼梁桥可靠度时,应考虑车辆荷载反复作用对结构抗力退化的影响.     

锈蚀钢骨混凝土梁的抗力计算

目的为了保证钢骨混凝土梁在服役过程中的承载能力和构件抗力满足正常使用,并完成预定功能.方法结合锈蚀钢筋混凝土梁抗力分析和钢骨混凝土梁自身的受力性能,介绍了三个阶段的钢骨锈蚀率计算模型,根据钢骨混凝土梁抗弯承载力计算公式,给出了锈蚀钢骨混凝土梁抗力统计参数计算公式,并对抗力统计参数进行了算例分析.结果抗力平均值随时间的增长下降了2.98%,变异系数随时间的增长总体上升了0.69%.结论笔者所建立的抗力统计参数计算公式是合理的,为钢骨混凝土结构耐久性评定等方面研究提供了基本资料.     

锈蚀钢筋混凝土黏结滑移本构模型及数值模拟应用

为研究纵筋与箍筋共同锈蚀对钢筋混凝土黏结性能的影响,采用电渗—恒电流—干湿循环的加速锈蚀方法对25个钢筋混凝土（RC）试件进行锈蚀,进而对其进行拉拔试验,研究了纵筋锈蚀、箍筋锈蚀、保护层厚度和箍筋间距等参数对黏结性能的影响规律。分析了锈蚀对混凝土与钢筋界面间黏结力的影响,将黏结性能退化归因于材料性能退化和约束效应退化,基于试验数据,建立并验证了一个考虑设计参数、纵筋及箍筋共同锈蚀的修正黏结滑移本构模型。结合所提本构模型及微元算法建立了锈蚀纵筋应力-滑移模型,基于OpenSees平台,将所建模型应用于零长度截面单元中,通过串联纤维梁柱单元与零长度截面单元建立了考虑黏结滑移变形的锈蚀RC构件数值模型,根据锈蚀RC柱拟静力试验数据对该模型的准确性进行验证,并采用仅考虑锈蚀损伤的纤维模型进行辅助验证。结果表明:混凝土与钢筋界面间黏结力随锈蚀程度的增加呈先上升后下降的趋势,增加保护层厚度可略微增加黏结强度,而箍筋加密对黏结强度提升明显;与纤维模型相比,所建锈蚀RC纤维模型承载力、累计耗能和极限位移误差分别降低12.8%、23.5%和14.2%,表明所建模型可合理计算钢筋滑移的贡献且准确预测锈蚀RC柱地震整体响应。     

沿海在役钢筋混凝土桥梁的钢筋锈蚀模型

为了更合理地确定在役钢筋混凝土桥梁的钢筋锈蚀模型,在综合国内外已有的钢筋锈蚀模型的基础上,进行了分类比较分析.提出了考虑荷载影响和氯离子结合能力的钢筋锈蚀模型,并以沿海地区钢筋混凝土桥梁为背景,验证了该锈蚀模型的可行性.研究表明:考虑荷载影响和氯离子结合能力的钢筋锈蚀模型更加趋于合理,采用这种钢筋锈蚀模型进行结构使用性能退化的模拟及结构使用寿命的预测将更有工程实践意义.     

基于Connector单元的锈蚀RC梁界面粘结性能细观数值模拟

结合随机骨料模型建立了锈蚀钢筋混凝土（RC）梁三维细观数值模型,采用Connector单元捕捉加载过程中界面相互作用变化的方法。利用已有试验数据验证了该模型的合理性。分析了加载过程中锈蚀RC梁界面粘结滑移分布以及变形协调系数的变化规律,探讨了界面粘结退化对RC梁抗弯承载力的影响。研究结果表明：采用Connector单元能描述加载过程中粘结应力以及相对滑移等界面行为的变化,可作为锈蚀钢筋-混凝土界面行为模拟的有效手段;界面的最大粘结应力随锈蚀率的增加而降低,30%的锈蚀率使得极限荷载下RC梁界面最大粘结应力下降71%;锈蚀会加剧荷载作用下锈蚀RC梁界面的相对滑移,界面相对滑移峰值位置由加载点逐渐向剪弯段区域转移;锈蚀会减小界面极限变形协调系数,锈蚀率达到30%时,极限变形协调系数为0.479,抗弯承载力下降55%。     

锈蚀混凝土梁承载力退化的试验研究

通过试验研究了锈蚀混凝土梁承载力的退化.试验中,共浇铸和试验了58个梁以调查钢筋锈蚀程度、锈蚀电流密度、水灰比和保护层厚度对梁承载力退化的影响.结果表明:当纵向裂缝宽度小于0.01mm时,梁承载力有较小程度的提高,但当纵向裂缝宽度大于0.01mm时,梁承载力随着纵向裂缝宽度的增大而减小.梁承载力退化速率随着锈蚀电流密度和保护层厚度的增大而减小,但随着水灰比的增大而增大.     

基于钢筋锈蚀的RC桥墩抗震性能

为研究氯离子侵蚀效应引起的钢筋锈蚀对在役桥墩抗震性能的影响,以圆柱形桥墩为例,通过概率方法确定钢筋初始锈蚀时间、锈蚀速率,进而建立钢筋直径及屈服强度的退化模型;采用ABAQUS软件建立非线性动力分析模型,针对单方面考虑纵筋锈蚀或箍筋锈蚀以及同时考虑两者锈蚀3种情况,分析材料劣化引起桥墩抗震性能的变化。结果表明:同时考虑箍筋、纵筋锈蚀比只考虑纵筋锈蚀时桥墩的抗震性能退化明显;纵筋锈蚀严重影响钢筋混凝土桥墩的抗弯性能;箍筋锈蚀严重影响RC(reinforced concrete)桥墩的延性性能。     

锈蚀RC框架柱性能劣化的模拟与评估

为研究钢筋的不均匀锈蚀对RC框架柱性能的影响。推导了钢筋锈蚀过程中混凝土裂缝扩展规律以及锈蚀产物沿钢筋环向的分布规律,建立了基于表观裂缝宽度的纵筋锈蚀程度评估模型。通过引入锈蚀影响系数提出了考虑不均匀锈蚀分布的锈蚀纵筋等效强度模型。基于已有试验结果分析了纵筋锈蚀和箍筋锈蚀的关系,建立了箍筋和纵筋锈蚀程度的关联模型。基于Mander的约束混凝土模型建立了锈蚀箍筋约束的混凝土模型。模型计算结果表明:钢筋锈蚀导致混凝土、钢筋强度显著降低,钢筋的不均匀锈蚀会对钢筋力学性能产生影响。基于OPENSEES平台和所提出的材料模型,建立了锈蚀RC框架柱的数值模型。根据已有试验资料,先后对本文所提出的纵筋锈蚀程度评估模型,箍筋和纵筋锈蚀程度关系模型,锈蚀箍筋约束混凝土模型,以及锈蚀RC柱的数值模型进行了验证。结果表明,本文模型具有较好的精度,锈蚀程度评估模型能够体现主要因素的影响,研究结果可用于既有混凝土结构的性能评估。     

混凝土梁电化学修复后的耐久性能及力学特征

电化学修复技术可对耐久性劣化的混凝土结构进行耐久性提升,然而也会引起黏结性能降低、混凝土孔隙结构改变、钢筋氢脆等负面效应,进而影响构件整体的服役性能.为探明电化学除氯和双向电迁处理后混凝土梁的耐久性能及力学性能,本文结合氯离子含量梯度变化和弱极化曲线等对比分析了电化学修复后梁的抗腐蚀性能,结合荷载挠度曲线、钢筋与混凝土应变、裂缝分布等对比分析了静力力学性能.研究结果表明:电化学修复能有效去除钢筋表面氯离子,使钢筋恢复钝化,但钢筋笼内氯离子迁移效率相对较低;通电参数选取较小时电化学修复不影响混凝土梁的刚度和承载能力,但通电量较大时承载能力减小,延性退化较为明显.基于试验结果,本文建议电化学修复采用的通电参数需综合考虑耐久性提升效果及对力学性能损伤作用,以满足结构耐久性和安全性的要求.     

碳纤维加固混凝土梁的耐腐蚀性试验分析

为了解碳纤维加固混凝土构件在海洋等腐蚀环境下的耐久性,在荷载与海水共同作用条件下对7根采用不同碳纤维加固方式的混凝土梁进行了试验研究,试验结果表明碳纤维包裹层通过约束混凝土、延缓裂缝处混凝土的退化、阻断盐水的通道等来阻止腐蚀性离子向混凝土内部渗透,并进一步阻止电化学反应的发生;采用碳纤维加固混凝土梁是可行的,加固后的混凝土梁的力学指标和耐久性指标都得到了不同程度的提高,但是采取的加固防护形式不同,对混凝土梁的耐久性指标有较大的影响,在实际工程中应合理的选择加固方式.     

海洋环境侵蚀作用下混凝土梁抗弯性能试验研究

试验研究了某海港码头足尺锈蚀混凝土梁的材料力学性能和抗弯承载能力,分析了混凝土梁在海洋环境中的耐久性失效问题,提出了锈蚀混凝土梁的弯曲破坏失效机理,建立了足尺锈蚀混凝土梁的三维有限元模型,并对不同锈蚀程度的混凝土梁进行锈蚀模拟.电化学加速试验结果证明了该模型的合理性.     

钢筋与混凝土耦合腐蚀RC梁性能研究

在混凝土结构耐久性的诸多影响因素中,钢筋与混凝土的耦合腐蚀已成为引起混凝土结构过早破坏的一个主要因素。基于不同腐蚀损伤水平条件下的14根简支钢筋混凝土梁抗弯试件的试验结果,分析了混凝土与钢筋耦合腐蚀损伤后梁的基本性能。同时,研究了耦合腐蚀对钢筋混凝土梁承载性能的影响,提出了耦合损伤条件下,钢筋混凝土梁抗弯承载力的一般评价方法,为指导此类构件承载性能评价及后续加固设计提供技术参考。     

混凝土结构锈胀开裂预测的路径概率模型

针对氯盐环境下服役混凝土结构钢筋锈蚀、锈蚀程度不易检测及混凝土锈致开裂的现状,基于混凝土锈胀开裂过程的随机性,提出一种预测钢筋锈蚀、混凝土锈胀裂缝开展时变特性的概率模型,并编制了计算程序.该模型可以模拟混凝土中钢筋锈胀开裂发展进程的路径,有效评估氯盐侵蚀环境下混凝土结构中钢筋锈蚀状况和锈胀裂缝宽度不同时段的概率分布,同时能估计构件钢筋样本锈蚀百分比.通过对濒海环境下某混凝土桥下部结构的耐久性评估,验证了该模型的准确性.该模型实现了对服役混凝土结构耐久性能的有效预测,评估结果可为工程维修和加固提供理论依据.     

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.     

削弱梁端的方钢管混凝土柱-钢梁框架结构静力弹塑性分析

提出了适用于SAP2000分析设计软件的等效梁端削弱形式,进而对多层和高层削弱梁端的方钢管混凝土框架结构分别在7度、8度多遇和罕遇地震作用下进行了Push-over分析,并对其抗震性能进行了评估。结果表明：对于多层结构,削弱梁端翼缘对结构整体刚度的影响很小,考虑楼板作用模型的刚度大于未考虑楼板作用模型的刚度,在均布荷载水平加载模式作用下模型的底部剪力大于倒三角荷载水平加载模式作用下相应模型的底部剪力;对于高层结构,楼板作用对结构在弹性阶段整体刚度的影响较小,在均布和倒三角水平荷载作用下,考虑楼板作用模型的最大底部剪力比未考虑楼板作用模型的最大底部剪力分别大7％和4．5％;削弱梁端的方钢管混凝土框架结构具有较好的抗震性能。     

锈蚀钢筋混凝土梁的抗扭承载力

目的研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁抗扭承载力的影响,为锈蚀构件寿命分析提供计算依据．方法对20根快速锈蚀梁进行抗扭承载力测试,并基于变角空间桁架计算模型,建立了锈蚀钢筋混凝土梁受扭承载力实用计算公式．结果纵筋锈蚀、箍筋锈蚀和纵箍筋同时锈蚀的3种梁承载力对比表明,钢筋锈蚀对梁的极限抗扭承载力均有影响．纵箍筋同时锈蚀对极限抗扭承载力的影响程度要比单独的纵筋锈蚀或箍筋锈蚀大,而箍筋锈蚀的影响大于纵筋锈蚀．结论在考虑钢筋锈蚀后截面、抗拉性能及黏结性能的变化后,变角空间桁架模型计算结果与试验结果在钢筋锈蚀率〈8％时,具有可靠的计算精度．而当钢筋锈蚀率超过8％时,计算值与试验值稍有偏差．     

锚贴钢板加固锈蚀钢筋混凝土梁试验研究

为了研究锈蚀钢筋混凝土梁采用钢板锚贴加固后的力学性能,设计了12根钢筋混凝土梁,以设计锈蚀率为10%进行电化学快速锈蚀。在锚贴钢板加固前进行预压试验,裂缝宽度控制为0.2 mm。按保护层厚度分为3组,每组1根对比梁,其余3根分别按钢板厚度3、4、5 mm进行锚贴钢板加固。加载对比试验研究表明：锚贴钢板加固锈蚀钢筋混凝土梁的跨中截面应变基本符合平截面假定,正常使用性能得到明显改善,且极限承载力亦有明显提高。锚贴钢板有效地减小了锈蚀钢筋混凝土梁的裂缝宽度和裂缝延伸高度,在相同保护层和锈蚀率相近时,钢板厚度增加3~5 mm导致其挠度减小,且减小幅度为13%~51%。保护层厚度对加固梁的极限承载力影响不明显。