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。     

锈蚀钢筋混凝土柱承载力评估理论与方法

基于锈蚀纵筋压屈试验,依据构件延性破坏的理论原则,提出了柱中锈蚀纵筋计算可用应力的物理模型。结合改进后的混凝土截面锈损模型和钢筋与混凝土间粘结力退化模型,提出了适用于不同纵筋锈蚀率和箍筋锈断情况的轴心受压、小偏心受压以及大偏心受压锈蚀钢筋混凝土柱的正截面承载力估算的理论与方法,给出了相应的计算公式,并与国内外相关试验结果进行对照,初步证实了所提出的估算理论与方法在相应范围内是可行的。     

锈蚀钢筋与混凝土黏结机理试验研究

通过对混凝土试块中不同直径和保护层厚度的变形钢筋和光面钢筋进行拔出试验,得到了不同类型试件的平均黏结应力-平均滑移关系曲线.描述了各种试件的破坏过程,对锈蚀钢筋混凝土黏结性能退化机理进行了分析,阐述了不同加速锈蚀方法、锈蚀程度、钢筋直径、保护层厚度以及箍筋等因素对钢筋与混凝土的黏结性能的影响,发现随着锈蚀程度的增加,黏结性能先是略有提高,然后逐渐出现明显的退化;加速方法对锈蚀钢筋混凝土试件的黏结性能影响也较大,相同裂缝宽度下,恒电流加速试件的极限荷载比人工气候加速条件下要低很多.     

基于BP网络的钢筋混凝土结构时变可靠度

运用人工神经网络来预测混凝土中钢筋的锈蚀量,考虑锈蚀后钢筋屈服强度的下降及钢筋与混凝土间粘结力降低两个因素,建立钢筋混凝土梁抗力模型,并用于钢筋混凝土时变可靠度分析中.这种方法原理简单,计算方便,且精度较高.     

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。     

纵筋锈蚀的无腹筋简支梁抗剪性能试验研究

通过6根锈蚀程度不同的钢筋混凝土简支梁和2根无锈蚀对比梁抗剪性能试验,研究了锈蚀钢筋混凝土简支梁斜截面破坏过程和特征,结果表明:纵筋锈蚀造成混凝土和钢筋之间粘结能力下降,纵筋和混凝土之间容易出现滑移,裂缝开展较快;纵筋锈蚀降低了受弯构件抗弯刚度和受剪承载力。     

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．     

高温后钢筋与混凝土黏结性能的试验研究

为研究高温后混凝土与带肋钢筋的黏结性能的退化规律,进行了不同受热温度后钢筋与箍筋约束混凝土的黏结-滑移拔出试验,其中钢筋采用直径为16 mm的带肋钢筋,黏结长度为80 mm.钢筋混凝土黏结试件的受热温度分别为100、300、500、700℃,所有试件均采用自然冷却方式.试验结果表明:由于箍筋的约束作用,黏结试块均发生拔出破坏;随着温度的升高,混凝土和钢筋的黏结强度逐渐下降,当温度达到700℃后其黏结强度比常温情况降低了65%左右.最后,考虑温度影响,给出了高温后混凝土与钢筋黏结-滑移曲线的计算公式,与试验结果比较发现,该公式具有较好的精度.     

锈蚀箍筋混凝土梁的抗剪承载力分析

通过通直流电的方法加速两系列钢筋混凝土试验梁的锈蚀,并进行箍筋锈蚀后试验梁抗剪承载力的试验研究;在试验研究的基础上,分析先前研究者的锈蚀箍筋混凝土梁抗剪性能试验研究结果,分析和讨论了混凝土梁箍筋锈蚀后抗剪性能和强度的变化规律.结果表明,在箍筋锈蚀较轻的情况下,混凝土梁的抗剪承载力有所提高,而在箍筋锈蚀率大于10%以后,混凝土梁的抗剪承载力随箍筋锈蚀率的增加而显著降低;由箍筋锈蚀引起的混凝土截面损伤对混凝土梁抗剪承载力的影响非常显著,尤其对于抗剪承载力较多取决于混凝土贡献的小剪跨比混凝土梁.基于试验数据的综合分析,建立了锈蚀钢筋混凝土梁抗剪承载力的表达式,可以方便地应用于实际工程的设计计算中.     

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.     

试件尺寸对锈蚀钢筋与混凝土间黏结性能的影响

为研究试件尺寸(立方体试件边长为10D,钢筋直径D=14、20、25 mm)对锈蚀钢筋与混凝土间黏结性能的影响,通过电化学加速锈蚀方法,获得了7组不同钢筋锈蚀率(0%、0.5%、1.0%、2.0%、5.0%、8.0%、10.0%)的中心拉拔试件.分析了试件尺寸、锈蚀率等影响因子作用下钢筋与混凝土间黏结性能的变化规律.结果表明:随着锈蚀率的增加,试件尺寸越大其锈胀裂纹出现越早且最大锈胀裂纹越宽;各试件的黏结强度、黏结刚度均随混凝土的恶化及锈蚀率的增加呈现出先增长后逐渐削减的趋势,黏结能量则随锈蚀率的增加而逐渐下降,且较大尺寸试件(D=25 mm)的黏结性能受锈蚀率的影响更为显著;锈胀裂纹出现前,试件自由端峰值滑移、黏结能量下降较为缓慢;当锈胀裂纹出现后,其自由端峰值滑移、黏结能量急剧下降,而后随着锈胀裂纹的加宽,其下降速率趋于平缓.基于试验结果,建立了不同锈蚀率下残余黏结应力与试件尺寸的关系式.     

低周反复荷载下型钢混凝土柱滑移性能试验研究

通过在型钢翼缘外侧滑移传感器,对轴力和反复水平荷载作用下型钢混凝土柱的粘结滑移性能进行了试验研究.试验中主要考虑了跨比、轴压比、配箍率、混凝土强度的影响.由试验得到了水平荷载-滑移滞回曲线和骨架曲线、滑移沿柱高的分布规律等.试验结果表明,型钢混凝土的荷载-滑移滞回曲线比较丰满,在整个加载过程中没有明显的"捏拢"现象;滑移沿柱高大致呈指数分布,柱根位置的滑移量最大,由柱根向柱顶逐渐递减;当剪跨比小于2时,滑移随剪跨比的增大而减小,当剪跨比大于2以后,滑移又随剪跨比的增大而增大;滑移随着轴压比的增大增大,随着配箍率和混凝土强度的提高而减小;随着荷载循环次数的增加,滑移刚度不断减小,滑移量不断增大,出现明显的粘结退化现象.     

框架高剪压比中间层中节点抗震性能试验研究

完成了5个接近足尺的不同轴压比的高剪压比钢筋混凝土框架中间层中节点平面梁柱组合体的低周交变加载试验,弥补了国内外抗震节点试验在剪压比高参数区试验数据的不足。通过较全面测试和分析梁筋在节点中的粘结及滑移规律、节点水平箍筋各肢的受力规律以及组合体的滞回耗能及刚度变化规律,进一步揭示了这类节点的剪力传递机构特征、损伤发育特征及其综合抗震性能,为完善设计规范和在框架非弹性动力反应分析中建立更合理的分析模型和滞回模型提供了依据。     

Experimental research on bond strength of deformed GFRP rebars with different surface configurations

Based on the Canadian Standards Association(CSA) criterion,experiments on 30 pull-out specimens were conducted to study the bond strength of deformed GFRP rebars with 8 different surface configurations.Each rebar was embedded in a 150 mm concrete cube,and the test embedded length was four times of the rebar diameter.Relationship between the mode of failure,the average bond strength and the average bond strength-slip for each rebar was analyzed.Results show that the failure mode of all specimens is the shearing off or desquamation of ribs,no splitting cracks appear on the cube specimens.The bond stress of deformed GFRP rebars mainly depends on the mechanical interaction between the ribs of the bar and the surrounding concrete,and the bond strength of deformed GFRP rebars is improved obviously.The optimal rib spacing is less than 2.5 times of the rebar diameter,and the rib height is more than 3% of the rebar diameter.     

近海环境下锈蚀箍筋约束混凝土本构模型

采用人工气候环境模拟技术模拟近海环境,对36组约束混凝土棱柱体试件进行加速腐蚀,开展轴压试验,研究箍筋锈蚀对约束混凝土峰值应力、峰值应变和应力-应变曲线形状的影响. 通过对试验结果的回归分析,得到考虑箍筋锈蚀率影响的混凝土峰值应力和应变修正系数拟合公式,以形状系数作为应力-应变曲线形状参数,基于Mander模型确定考虑箍筋锈蚀率影响的形状系数的计算公式,建立近海环境下的锈蚀箍筋约束混凝土本构模型. 与试验结果对比发现：采用该模型计算得到的各试件峰值应力、峰值应变及应力-应变曲线形状均与试验结果符合较好,表明建立的本构模型能够较准确地反映锈蚀箍筋约束混凝土力学性能,可以用于该环境下的锈蚀RC结构剩余承载力及抗震性能评估.     

圆形截面高强混凝土柱抗震性能试验研究

目的研究圆截面高强混凝土柱的抗震性能和破坏机理，以提高建筑结构的抗震性能．方法通过6根配有强度等级为1420MPa的预应力钢棒作箍筋及纵筋、混凝土强度等级分别为C90和C60的高强混凝土圆截面柱，在低周反复荷载下的模型试验，研究了轴压比、箍筋（包括含箍特征值、箍筋间距、箍筋种类）、纵筋和混凝土强度等级等参数对抗震性能的影响．结果试验明确了C90和C60高强混凝土圆截面柱的破坏机理．通过对配置的PC钢棒作箍筋和部分作纵向受力筋的高强混凝土柱的位移延性比与轴压比和含箍特征值关系的经验计算公式的计算，并与实测值相比较，二者吻合良好．结论试验证明，配置PC钢棒作箍筋和部分作纵筋可明显改善高强混凝土圆截面柱的延性性能和抗震能力．