考虑锈坑随机分布的临海RC框架构件时变抗震性能研究

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钢筋锈蚀是影响RC结构耐久性的主要因素。地理位置处于临海地区的RC结构,受临海大气环境的影响,氯离子浓度较高,钢筋点蚀程度更严重,导致结构常常在未达到设计使用年限时就发生性能退化。近几十年来,国内外学者意识到了锈蚀对结构安全性和耐久性的影响,通过试验、数值模拟、理论分析等方法,对锈蚀问题从材料到构件再到结构做了大量研究。但由于试验方法,试验所用钢筋粗细、长度、原始本构关系的不同,导致其统计得到的结果并不统一,尤其是对点蚀钢筋延性的统计结果差异很大。本文对此展开研究,具体工作成果如下:(1)本文经过文献调研,梳理了点蚀钢筋的物理特征,总结了点蚀钢筋横截面的面积变化规律和其在空间的排布规律,给出了横截面面积变化的随机分布函数以及锈坑坑径的计算方法。以此为依据,基于大型通用有限元软件MSC.MARC,通过数值模拟并结合蒙特卡洛法,提出了批量化建立点蚀钢筋实体模型的方法。(2)基于本文提出的点蚀钢筋数值模拟方法,对点蚀钢筋的力学性能进行了参数化分析。首先,对直径14mm、标距长度为50mm的点蚀钢筋进行模拟,得到了各锈蚀率下的钢筋力学性能衰变规律,并与对应文献中的试验结果进行对比,验证了建模方式以及批量化计算的有效性与合理性。其次,通过数值模拟进一步测试了不同本构关系、粗细、长度对点蚀钢筋延性的影响。钢筋本构中的强屈比越大,延性衰退越慢;钢筋直径越细,延性越弱;钢筋长度越长,延性越弱。最后,比较了不同学者提出的钢筋延性衰退公式,分析差异,证明了本文提出的点蚀钢筋数值模拟方法,适用于任意直径、长度和原始本构的钢筋。通过此方法可以得到钢筋在不同锈蚀率下的力学性能,不仅真实准确,相比于其它学者对特定钢筋总结的经验公式,更具有普遍性和一般性。(3)基于本文的点蚀钢筋模拟方法求得的钢筋本构,对锈蚀RC构件的抗震性能进行了数值模拟。选择了1组26年长期锈蚀的RC构件试验,在模型中,分别用本文的点蚀钢筋数值模拟方法和文献中的经验公式计算纤维梁中钢筋的纤维的本构,发现使用由本文模拟方法得到得的本构时,对锈蚀梁抗震性能的模拟结果精度更高。在此基础上,模拟了锈蚀梁在不同锈蚀率下的时变抗震性能。本文所提出的点蚀钢筋数值模拟方法有较好的实用性,尤其对钢筋延性的计算结果有较高的精准度。利用该方法可以有效地评估锈蚀构件的抗震性能,为临海RC框架构件的时变抗震性能研究提供参考。
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