锈蚀钢筋混凝土基本构件性能退化研究

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混凝土结构耐久性,已成为国内外工程界普遍重视的问题。在各种造成混凝土结构性能退化的因素中,钢筋锈蚀是影响最大的一个。目前混凝土结构耐久性问题在材料层次研究成果较多,而在构件层次研究尚少。在国内外诸多学者在混凝土和钢筋材料研究的基础上,本文向构件层次的耐久性做了一些拓展,采用大型有限元软件Ansys建立了考虑钢筋锈蚀的混凝土正截面受弯和偏心受压构件的模型,研究钢筋锈蚀对这些混凝土基本构件力学性能及受力机理的影响。本文内容主要分为以下几个部分:  (1)参考大量资料,比较系统的总结了混凝土碳化和钢筋锈蚀的发生条件、机理、影响因素、对结构的影响以及预测模型。提出了本文使用的钢筋和混凝土材料性能退化规律的预测模型。  (2)使用有限元软件Ansys,针对锈蚀钢筋混凝土基本构件提出了模型建立方法。比较系统的总结了有限元软件中对钢筋和混凝土力学性能和行为的基本原理和设定要点。介绍了适合本文问题的非线性问题的收敛参数的设定方法,以及本文在收敛计算方面的一些经验。  (3)计算了混凝土构件中钢筋锈蚀程度及其力学性能在典型环境下的变化情况,使用有限元方法对不同锈蚀程度的钢筋锈蚀正截面受弯构件进行了模拟。分析了构件承载力、刚度、延性、钢筋混凝土间相对滑移、受力钢筋应力、裂缝分布等受到的影响。计算结果表明,钢筋锈蚀引起的屈服强度下降使构件在极限状态下偏于少筋梁的状态,粘结强度下降减小了钢筋和混凝土间的协调性。根据已有的锈蚀混凝土正截面受弯构件承载力计算方法,针对本文模拟的构件进行了验证,证明了本文有限元方法的有效性。  (4)把偏心受压构件看作受弯构件的推广,锈蚀钢筋受弯构件的一些特点仍然适用于偏心受压构件。使用有限元方法进行了模拟,分析了不同锈蚀情况、不同偏心距条件下构件的承载力、延性、刚度、钢筋与混凝土间相对滑移等参数的变化规律,总结了锈蚀偏心受压构件力学行为的特点。根据本文模拟结果,参照规范中偏心受压构件承载力计算方法,提出了钢筋锈蚀影响下承载力的计算方法,并由试验结果进行了验证。
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