钢筋非均匀锈蚀导致混凝土开裂的研究

为研究钢筋锈蚀导致混凝土保护层的开裂及锈胀裂缝的发展,根据自然环境下混凝土内钢筋锈蚀的非均匀性,将锈蚀层轮廓线简化为半椭圆形,并将钢筋的非均匀锈蚀特性应用于锈蚀三阶段模型.通过混凝土待填充空隙恰好被填充完全及保护层恰好开裂2个锈蚀点将锈蚀分为3个不同阶段.分别对每个锈蚀阶段做不同的锈胀模型假设.在混凝土保护层出现裂缝前...     

钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂细观数值研究

混凝土保护层锈裂严重影响钢筋混凝土结构的耐久性。为了研究混凝土保护层的锈裂行为,考虑到混凝土细观结构的非均质性以及钢筋锈蚀的非均匀性,将完好混凝土视为由骨料、砂浆和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了细观随机骨料模型。在模型中,钢筋的非均匀锈蚀行为以施加非均匀径向位移的方式模拟,骨料的力学行为假定为弹性,砂浆和界面过渡区的力学特性采用塑性损伤模型来描述。在此基础上进行了中部钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂行为的细观数值模拟;分析结果与已有文献中的试验结果吻合良好。另外,对比了均质模型和非均质模型中钢筋均匀锈蚀和非均匀锈蚀导致的保护层开裂模式;并探讨分析了保护层厚度和钢筋直径对保护层开裂模式、钢筋锈胀压力及保护层开裂时钢筋锈蚀率的影响。     

基于锈胀裂缝的锈蚀梁钢筋锈蚀率计算

根据钢筋混凝土梁锈胀开裂的特点,考虑钢筋锈蚀不均匀性,对锈胀裂缝宽度实测值进行修正。结合对钢筋锈蚀开裂后锈蚀物体积膨胀的量化分析,得到了混凝土开裂后的钢筋锈蚀率基于锈胀裂缝宽度的计算模型,并通过电解液加速锈蚀方法对配筋混凝土试块进行加速腐蚀试验,拟合出了实用的锈蚀率计算式。采用7根钢筋混凝土梁的电解液加速腐蚀试验进行验证。结果表明：锈胀裂缝宽度与钢筋锈蚀率近似呈线性变化;在钢筋不均匀锈蚀的情况下,采用间接法计算得到的钢筋最大锈蚀率与试验平均锈蚀率的比值在1.4~2.4之间,与实际情况符合较好。     

钢筋锈蚀层分布和钢筋锈胀力计算模型研究

预测混凝土内钢筋的锈胀开裂是研究混凝土结构耐久性失效的一个重要问题。由于缺乏对混凝土内钢筋锈蚀量分布规律的深入研究,目前在进行混凝土内钢筋锈胀效应分析时,基本上采用钢筋锈蚀量与锈胀力沿钢筋环向均匀分布的假定。通过对锈蚀钢筋混凝土黏结界面的视频显微观测,分析自然环境条件下混凝土中钢筋的表面锈蚀特征,确定钢筋表面的锈蚀层厚度分布轮廓。并采用光面钢筋作为研究对象,建立了钢筋不均匀锈蚀的动态轮廓线模型。     

钢筋非均匀锈蚀与混凝土开裂试验及数值模拟

采用恒电位驱动氯离子渗透并加速钢筋锈蚀来模拟海洋钢筋混凝土锈蚀,研究了水胶比、保护层厚度和钢筋直径对试件锈胀开裂的影响;利用COMSOL Multiphysics软件建立了真实骨料混凝土模型并进行数值模拟.结果表明：本试验制备的混凝土试件在恒电位加速锈蚀下钢筋发生非均匀锈蚀并导致混凝土产生3条主裂缝,钢筋临界锈胀应力为2.85～3.51 MPa,开裂时间为190～311 h,降低水胶比及增大保护层厚度均可延缓锈胀开裂时间;数值模拟可以很好地再现钢筋混凝土非均匀锈蚀过程,其获得的锈胀应力演变及混凝土开裂模式与试验结果吻合.     

大气环境条件下混凝土中钢筋的锈蚀

钢筋混凝土中的钢筋锈蚀，对结构的抗力、可靠性、使用寿命等有很大影响。在室外混凝土碳化深度达到钢筋表面时钢筋即开始锈蚀；在室内混凝土碳化深度超过钢筋表面20—30mm钢筋才开始锈蚀。钢筋锈蚀产物体积膨胀，使混凝土保护层开裂，从而加剧钢筋锈蚀：以混凝土抗压强度为主要参数建立混凝土碳化预测模型具有实际意义，可以在快速腐蚀试验和工程实测结果分析的基础上，建立混凝土保护层开裂前后钢筋锈蚀量模型和混凝土保护层开裂锈蚀条件。     

海工结构服役寿命预测细观数值模拟研究

在现有二维混凝土随机骨料模型基础上,通过引入正态分布随机数来模拟混凝土界面过渡区厚度的非均匀性,并耦合氯离子扩散、钢筋锈蚀和混凝土损伤,建立了海工结构服役寿命预测细观数值模型.研究表明:由氯离子扩散引起的单根钢筋非均匀锈蚀导致混凝土保护层形成3条主裂缝,3条主裂缝之间夹角约为120°,出现这种现象的主要原因是界面过渡区加速了氯离子扩散,次要原因是界面过渡区的力学性能劣化;在相同钢筋锈蚀量条件下,非均匀锈蚀钢筋混凝土比均匀锈蚀钢筋混凝土的服役年限短,混凝土保护层开裂形态也不一样;数值模拟的氯离子含量分布、裂缝形态与试验数据较为吻合,验证了所建立的数值模型的可靠性.     

钢筋混凝土构件的非均匀锈胀分析

借鉴均匀锈胀开裂三阶段理论(铁锈自由膨胀、混凝土保护层承受拉应力、混凝土保护层锈胀开裂),结合钢筋锈蚀形态,描述了钢筋非均匀锈蚀引起混凝土保护层开裂的整个过程。并以此为基础,建立了锈胀开裂时刻的钢筋最大锈蚀深度计算模型。两种不同锈蚀形态(均匀和非均匀)下钢筋锈蚀量的参数敏感性分析结果表明:两者主要参数的影响规律相似,钢筋锈蚀量均与混凝土保护层厚度、混凝土强度等级呈正相关关系,与钢筋直径、铁锈体积膨胀率呈负相关关系;非均匀锈蚀与均匀锈蚀的钢筋锈蚀量相比,钢筋锈蚀率较小,而钢筋最大锈蚀深度较大。     

钢筋锈蚀产物纳米压痕的分子动力学模拟

首先利用X射线衍射(XRD)分析钢筋锈蚀产物的组成与含量,并据此建立锈蚀产物的微观模型;然后基于分子动力学方法,对其进行纳米压痕模拟,获得荷载位移曲线;最后计算得到锈蚀产物的弹性模量.结果表明：混凝土内钢筋锈蚀产物由4种锈蚀物质非均匀混合形成;锈蚀时间为6、9d的2组钢筋锈蚀产物的弹性模量分别为1609、1633GPa.该结果与已有文献的实测结果较为吻合.本模拟方法可作为一种确定钢筋锈蚀产物弹性模量的新手段.     

受压区钢筋锈蚀对混凝土构件承载力影响的研究

从受压钢筋锈蚀引起混凝土抗压强度下降的角度,研究了受压区钢筋锈蚀的混凝土构件的受弯承载力,提出了受压区钢筋锈蚀的混凝土构件承载力的计算模型和计算方法。理论分析计算表明,受压区钢筋锈蚀对混凝土构件性能的影响在锈蚀开裂前较为明显,锈蚀开裂后影响不大。提出的受压区钢筋锈蚀开裂前后的承载力计算模型,可为锈蚀钢筋混凝土构件承载力可靠性分析提供理论基础。     

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。     

锈蚀钢筋混凝土保护层锈胀开裂时间的预测模型

由钢筋锈蚀引起的混凝土保护层锈胀开裂是混凝土结构耐久性极限状态的重要标志,是决定结构使用寿命的重要因素。以钢筋均匀锈蚀为前提,考虑锈蚀产物的变形特性以及锈胀裂缝开展过程中锈蚀产物进入裂缝的实际情况,借助弹性力学和Faraday腐蚀定律,建立混凝土保护层锈胀开裂时刻的钢筋锈蚀率以及锈胀开裂时间计算公式。针对影响混凝土保护层锈胀开裂时间各主要因素的分析表明,增大钢筋的混凝土保护层厚度、减小钢筋直径、提高混凝土强度以及控制锈蚀产物的体积膨胀率都有利于混凝土结构耐久性的提高。与已有试验结果的对比分析可知,对于加速锈蚀和长期锈蚀情况,计算公式的预测结果均较为理想,可用于由钢筋均匀锈蚀引起的混凝土保护层锈胀开裂时间的预测分析。     

钢筋混凝土结构锈胀开裂全过程仿真分析

利用大型有限元软件DIANA,详细分析了锈蚀导致混凝土保护层开裂的全过程.仿真分析表明:混凝土保护层的锈胀开裂过程可分为内裂、扩展、外裂和内外裂缝贯通4个阶段;锈蚀产物膨胀率一定时,混凝土保护层内侧裂缝的产生主要与混凝土抗拉强度相关,其他因素影响甚微;混凝土保护层表面锈胀开裂及其裂缝贯通主要与相对保护层厚度有关,该值越大,裂缝越不容易发展;提高混凝土抗拉强度,能有效延缓锈胀裂缝的产生和发展;在相同条件下,混凝土保护层非均匀锈胀开裂时的钢筋锈蚀率较均匀锈胀开裂时低;混凝土保护层剥落的特征主要与钢筋净间距和保护层厚度的比值相关,当该值较大(>3)时,仅角区保护层发生局部剥落,否则保护层将整体剥落.     

纵向非均匀锈蚀钢筋拉拔过程的有限元分析

混凝土中的钢筋锈蚀问题日益突出,针对非均匀锈蚀混凝土构件的试验研究,从粘结本构关系入手,对锈蚀钢筋构件结构性能退化和破坏特征进行数值计算分析。混凝土和钢筋均采用8节点实体单元建模;钢筋与混凝土之间的粘结单元采用非线性弹簧单元Combine 39,同时,实常数赋值考虑位置函数影响,从而建立了纵向非均匀锈蚀钢筋构件的计算模型。通过计算获得了非均匀锈蚀钢筋拉拔位移与拉拔力之间关系,拉拔过程中混凝土应力变化和破坏发展过程,以及锈蚀钢筋与混凝土之间粘结应力的演化规律。     

角部钢筋锈蚀引发混凝土保护层开裂行为研究

为研究角部钢筋非均匀锈蚀膨胀引发的混凝土保护层开裂行为,提出了角部钢筋的非均匀锈胀模式.并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,建立了混凝土细观随机骨料模型.以施加非均匀径向位移方式来表征钢筋锈胀对周围混凝土的力学作用.基于该方法对钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂行为进行了细观数值模拟,模拟结果与已有文献中试验结果的良好吻合验证了该方法的合理性.另外,对比了宏观均质模型和细观非均质模型下不同角部钢筋锈胀模式导致的混凝土保护层开裂模式;并探讨分析了保护层厚度和钢筋直径对保护层开裂模式以及钢筋锈胀压力的影响规律.     

混凝土内钢筋锈蚀层发展和锈蚀量分布模型研究

从研究钢筋锈蚀物膨胀对钢筋/混凝土界面区构造的影响着手,通过对锈蚀层形成、发展及其细观构造的研究,揭示混凝土内钢筋锈蚀量分布规律;在钢筋锈胀开裂前,钢筋锈蚀量基本分布在面向混凝土保护层一侧的钢筋半圆周上,离混凝土保护层最近处锈蚀量最大,离保护层表面距离越远,锈蚀量越小;其锈蚀量在其半圆周上呈半椭圆形分布。钢筋锈胀开裂初期,钢筋锈蚀逐渐向背向混凝土保护层一侧发展,在背向保护层一侧的钢筋锈蚀量分布被假定为均匀分布,和面向混凝土保护层一侧的最小锈蚀量衔接。     

混凝土钢筋锈蚀量预测的智能模型及应用

由于混凝土开裂后钢筋的锈蚀伴随着很多不确定性,实际工程中钢筋锈蚀程度的离散性又很大,另一方面,由于混凝土中的钢筋锈蚀机理非常复杂,影响影响因素很多,因此,采用各种计算模型很难得到钢筋锈蚀量,且与实测值误差较大.将径向基经网络技术应用于锈蚀开裂后混凝土中钢筋锈蚀量的评估,建立了评估钢筋锈蚀量的智能信息模型.最后通过实际工...     

锈蚀钢筋与混凝土的粘结强度模型

为了建立较为完善的锈蚀钢筋与混凝土的粘结强度模型,改变以往仅考虑钢筋锈蚀程度的单因素回归分析方法,对粘结强度模型进行理论分析。对钢筋与混凝土在接触面上的粘结作用机理及粘结力组成进行分析,借助弹性力学方法,建立了锈蚀前钢筋与混凝土的粘结强度理论模型。从锈蚀改变钢筋表面特征参数和混凝土保护层约束力入手,采用钢筋均匀锈蚀假定,并基于未锈钢筋与混凝土的粘结强度模型,建立了钢筋锈蚀后的粘结强度计算模型,该模型能够考虑各种因素对粘结强度的影响。通过试验数据对模型进行了验证,结果吻合较好。     

细观尺度下的保护层非均匀锈胀开裂分析

对锈蚀混凝土构件评估时,裂缝的分布形态和宽度是最主要的评估依据。本文根据在自然环境下钢筋锈蚀层的分布形态,基于细观力学模型采用过盈装配和损伤的方式模拟了钢筋非均匀锈蚀引起保护层开裂的全过程。分析了混凝土保护层开裂趋势、裂缝扩展方式、裂缝分布形态与保护层厚度、钢筋位置、骨料集配之间的关系,并与试验数据和现场检测现象进行对比,验证了计算结果的精确性。     

应用人工神经网络技术评估混凝土中的钢筋锈蚀量

将人工神经网络技术应用于锈蚀开裂后混凝土中钢筋锈蚀量的评估,在分析锈蚀开裂后影响钢筋锈蚀量的主要因素基础上,建立了评估钢筋锈蚀量的人工神经网络模型,并从网络结构优化和学习参数的角度探讨了神经网络模型的适应性。最后通过实际工程检测结果验证了该方法的实际可行性。