锈蚀钢筋混凝土偏心受压构件实验及其承载力计算方法研究

大量锈蚀钢筋混凝土偏压构件的实验研究表明,随着纵向受力主筋锈蚀率的增大,偏心受压构件的承载力及其刚度均有不同程度的降低。并且由于钢筋锈蚀,钢筋混凝土偏心受压构件延性也随之降低,脆性性质明显,从而可能使得钢筋混凝土偏压构件的破坏形态发生变化。在对预制钢筋混凝土柱进行快速锈蚀实验85研究的基础上,对锈蚀偏心受压构件的结构性能退化机理和破坏特征进行了分析;在现行计算理论和实验85结果分析的基础上,通过拟合出的锈蚀钢筋与混凝土间的应变不协调系数,对未锈蚀构件的相对界限受压区高度进行修正,得到了锈蚀偏心受压构件相对界限受压区高度的修正公式;考虑锈蚀钢筋截面的削弱、钢筋屈服强度的降低以及钢筋和混凝土之间粘结性能退化的影响,提出锈蚀偏心受压构件正截面承载力计算方法,为今后混凝土结构耐久性评估和可靠性鉴定提供了科学依据。     

钢筋混凝土结构改进型分离式数值模型

提出一种考虑粘结滑移效应的钢筋混凝土改进型分离式数值模型。在混合物理论基础上,该模型兼顾混凝土基体和钢筋的力学行为,且基于钢筋混凝土界面粘结滑移模型,获得了钢筋等效模型。改进型分离式数值模型由于对钢筋及其界面无显式离散要求,使得钢筋的运用完全独立于其几何形状,同时对混凝土网格没有约束,并且不增加计算成本,因此该模型可适用于钢筋混凝土宏观结构层面分析。通过钢筋混凝土构件-结构的爆炸实验,对改进型分离式数值模型进行层次化验证。对比结果表明,考虑粘结滑移效应的有限元模型能够更好地预测钢筋混凝土结构的宏观力学行为。     

火灾下混凝土结构破坏模拟的纤维梁单元模型

为分析和模拟结构构件在火灾下的失效破坏过程,本文基于建筑结构分析中常用的纤维梁单元模型,建立了钢筋混凝土梁、柱构件的火灾破坏数值模型.此模型将构件截面划分成多个纤维,从而可以模拟构件截面的不均匀温度场分布以及高温下混凝土材料的开裂、压碎和钢筋屈服等行为.并根据全拉格朗日描述方法,推导了纤维梁单元的切线刚度矩阵,建立了纤维梁单元的增量求解方程.最后,将本文模型的模拟结果和多个具体试验结果进行了分析比较,进一步验证了模型的可靠性.     

基于分形理论的锈蚀钢筋力学性能研究

为研究钢筋锈蚀后力学性能的退化规律,采用加速锈蚀方法获取锈蚀钢筋,对4根未锈蚀钢筋试件及20根锈蚀钢筋试件进行了拉伸试验。试验结果表明,在加速锈蚀条件下,锈蚀钢筋表面轮廓具有自相似性,可以用分形理论加以描述。锈蚀钢筋表面特征的不同对钢筋力学性能退化有一定影响,例如,应力-应变曲线发生明显变化,屈服强度、极限强度降低,屈服平台缩短直至消失。经过统计分析后,得出了锈蚀钢筋弹性模量、屈服强度、极限强度、极限应变等力学性能的回归公式,并在试验结果分析基础上,建立了与锈蚀表面特征参数相关的钢筋本构关系模型。上述结果可为锈蚀钢筋混凝土结构的计算及评估提供应用参考。     

预应力混凝土空间组合式滑移模型

考虑预应力钢筋和混凝土间的粘结滑移效应,结合组合式模型和分离式模型的优点,提出了一种预应力混凝土空间组合式滑移模型。通过预应力钢筋和混凝土单元交点处的虚拟结点,将模拟预应力钢筋和混凝土交界面的无厚度环形粘结单元嵌入组合单元中。粘结单元忽略预应力钢筋-混凝土间的径向相对位移,通过内、外表面的切向位移差值表征预应力钢筋的相对滑移量。基于位移有限元框架,根据预应力钢筋、混凝土、粘结单元各自的本构模型,由虚功原理推导出三者对组合单元刚度矩阵的贡献,建立了该空间组合式滑移模型的有限元平衡方程,并给出了有限元计算流程。在该模型中,预应力钢筋能以任意形式穿过混凝土单元而不需考虑其走向,网格划分灵活;对单个粘结单元而言,在平衡方程中缩减了2个虚拟结点的6个自由度,自由度数减少了8%。     

基于能量守恒理论的带肋钢筋-混凝土粘结滑移本构关系研究

针对钢筋-混凝土粘结滑移的劈裂破坏模式,将整个破坏过程分为未开裂的弹性阶段和带裂缝阶段。弹性阶段采用弹性厚壁圆筒模型,带裂缝阶段采用考虑混凝土软化特性的厚壁圆筒模型。基于这两种模型,研究了粘结滑移劈裂破坏过程的能量变化规律,推导出了两种模型的能量计算公式。利用能量守恒定律建立了钢筋-混凝土粘结滑移本构关系的微分方程,并通过数值积分方法得到了粘结滑移本构模型。该本构模型能够体现混凝土与钢筋材料参数和几何参数的影响,对不同形状的粘结滑移关系曲线具有较好的适应性。最后,将得到的本构关系与文献的试验结果进行对比,并分析了各参数的变化规律。     

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推导出综合考虑混凝土塑性性能及混凝土与钢筋界面裂 隙等因素的混凝土保护层锈胀开裂时钢筋锈蚀率的计算公式，验证了计算公式的可行性，探 讨了影响混凝土保护层锈胀开裂时钢筋锈蚀率的相关因素，可用于钢筋混凝土结构耐久性评 估及寿命预测.     

高强钢筋钢纤维混凝土框架中节点抗震性能试验研究

为研究配置高强钢筋梁柱节点抗震性能同时改善配置高强钢筋所引起的框架节点梁筋滑移量大的问题,在混凝土中加入钢纤维应用于节点的不同范围,对2个配置HRB600/HRB400钢筋的普通混凝土节点和2个配置HRB600钢筋的钢纤维混凝土节点进行低周反复荷载试验,探究钢筋强度、钢纤维范围对框架中节点抗震性能的影响。对比分析框架中节点的破坏特征,研究节点耗能能力、累积损伤、位移延性、梁筋滑移量等抗震性能指标。研究结果表明,所有试件均发生节点核心区剪切破坏,提高节点的梁钢筋等级能够显著提高节点的承载能力和耗能能力,但梁筋滑移量增加。在节点构件中采用钢纤维混凝土整体增强或局部增强均能够有效减少裂缝宽度和梁筋滑移,改善配置HRB600钢筋节点的破坏形态和滞回性能,提高耗能能力和延性性能,减轻累积损伤程度并减缓刚度退化。     

一般大气环境下锈蚀钢筋混凝土梁的时变可靠度分析

根据一般大气环境下锈蚀钢筋混凝土梁中的钢筋截面损失时变模型和抗剪、抗弯承载力退化模型,建立了考虑其随机性的极限状态方程。基于概率守恒原理分析得到满足该极限状态方程的概率密度演化方程,并引入吸收边界条件,提出了梁时变可靠度的计算方法。以受对称集中荷载的锈蚀钢筋混凝土简支梁为例,展示了目标函数的概率密度演化过程,并讨论了配置不同直径箍筋和不同厚度保护层时的时变可靠度。结果表明,在保证梁具有足够初始抗剪强度和抗弯强度的前提下,适当增大保护层厚度和箍筋直径(具有相同配箍率)能延缓混凝土构件力学性能的退化。通过和100万次蒙特卡洛模拟结果的对比可知,选用本文方法能在以付出较小计算代价的前提下,获得计算精度良好的分析结果。     

钢筋锈蚀条件下混凝土柱有效弹性模量试验研究

通过对16根钢筋混凝土柱进行腐蚀与长期荷载共同作用的长期试验,研究构件在不同配筋率、钢筋锈蚀率及加载龄期下有效弹性模量的变化规律,配筋率分别为1%、2%、3%,钢筋锈蚀率分别为0%、10%、20%,加载龄期分别为7d和28d。研究结果表明:配筋率与加载龄期对钢筋混凝土有效弹性模量都有影响,两种影响具有叠加效应,并且这种叠加效应不只是简单的线性叠加;钢筋锈蚀率越大,钢筋混凝土有效弹性模量越小。在试验研究的同时,还提出了考虑配筋率与钢筋锈蚀率的混凝土柱有效弹性模量计算模型,通过模型计算值与试验值的相对误差对比,验证了本文计算模型的有效性和适用性。     

Modèle de comportement mécanique du béton armé corrodéMechanical model of reinforced concrete damaged by steel corrosion

This article deals with an analytical mechanical model of reinforced concrete damaged by steels corrosion. It is based on the taking into account of local bond between steel and the tensile concrete located between the cracks. Then, this model allows to quantify the coupled effect of steel cross section reduction and loss of bond strength due to steel corrosion on mechanical behaviour of reinforced concrete. To cite this article: A. Castel et al., C. R. Mecanique 330 (2002) 45–50     

反复荷载下型钢再生混凝土组合柱粘结性能研究

为研究反复荷载下型钢再生混凝土组合柱粘结性能,对17个组合柱进行了拟静力试验。重点分析型钢翼缘应变分布特征,利用粘结应力计算公式获取型钢翼缘粘结应力大小及其分布规律。在此基础上,分析组合柱粘结破坏机理和位移荷载循环次数对其粘结应力的影响规律,并给出粘结应力退化率计算公式。研究结果表明:反复荷载作用下型钢再生混凝土组合柱粘结应力分布规律基本呈抛物线状;柱中部附近的粘结应力最大,柱上下端粘结应力分布复杂,需对这三个部位采取相应的措施以保证型钢与再生混凝土之间的粘结强度;位移循环荷载作用下粘结强度逐渐降低,出现粘结应力退化现象。研究结论可为型钢再生混凝土组合柱的抗震设计提供理论参考。     

应用声发射技术的钢筋与混凝土粘结滑移特性研究

为研究钢筋与混凝土间的粘结滑移特性,分别对不同粘结长度的钢筋混凝土试件进行了拉拔试验,同时对粘结长度相同而钢筋外形不同的试件进行了比较试验.利用声发射技术采集相应波形信号,并对采集信号进行了小波去噪和Gabor小波时频分析.结果显示,各试件受力全过程均可分为完全粘结、局部脱粘、非线性滑移及残余粘结四个阶段;不同粘结长度...     

A multi-fiber approach for modeling corroded reinforced concrete structures

Taking into account the specific behavior of the steel/concrete interface is of primary importance to predict properly the structural response of RC structures. Several constitutive models have been proposed in the literature within the framework of nonlinear finite element method (2D and 3D). Such approaches usually lead to high computational costs due to the large number of degrees of freedom. In the present paper, a multifiber-based model including the steel/concrete interface behavior is proposed. Despite the fact that the kinematics of the multi-fiber approach is based on the theory of beams, this simplified strategy accounts for local phenomena such as the relative sliding between concrete and steel. Furthermore, this steel/concrete interface constitutive model can be extended to model the loss of bond properties due to corrosion. The numerical implementation aspects are described and local responses at the Gauss point level are exposed in the cases of monotonic loadings with and without corrosion. The efficiency and the reliability of the proposed approach are tested on structural case studies which highlight a good agreement between numerical and experimental results. This multifiber-based model provides a pertinent tool for the engineers concerns with the structural assessment of degraded reinforced concrete structures.     

起波钢筋高速动态拉伸力学性能研究

针对提高混凝土梁抗冲击爆炸性能的起波配筋新技术,采用理论分析与动态冲击拉伸试验相结合的方法,揭示了起波钢筋的快速拉伸变形作用机理,分析了拉伸速度、起波矢高等因素对起波钢筋抗拉强度的影响规律,确定了起波钢筋静态弹性极限强度计算方法。提出了起波钢筋等效拉伸应变率新概念,建立了弹性极限强度动力放大系数（dynamic increase factors,DIF）计算模型。研究结果表明,预先弯折起波使得钢筋在受力拉直过程中产生截面弯矩,起波钢筋的力学性能存在明显的应变率效应;起波钢筋弹性抗拉极限强度DIF随起波矢高的增高先增大后减小,存在一个最优起波设计矢高,可以使起波钢筋抗拉强度动态放大系数达到最大。研究成果可为进一步推动起波配筋技术在防护工程中的应用提供依据。     

锈蚀钢筋混凝土双筋矩形梁抗弯承载力分析

钢筋锈蚀是钢筋混凝土桥梁的主要病害之一。在锈蚀钢筋混凝土双筋矩形截面梁中,钢筋锈蚀易造成结构性能退化,并引起钢筋和混凝土相对滑移,导致结构的承载力降低,受拉区的钢筋与混凝土变形不协调。通过构造新的几何条件,推导了锈蚀钢筋混凝土双筋矩形梁正截面极限抗弯承载力计算公式。对室内快速锈蚀双筋矩形梁进行正截面抗弯承载力实验,结果表明推导的锈后双筋矩形梁正截面抗弯承载力公式的计算值与实验值吻合较好。上述工作为进一步进行工程实践奠定了基础。     

锈胀开裂后变形钢筋与混凝土粘结性能实验研究

为研究锈胀开裂对变形钢筋与混凝土间粘结性能的影响,开展了电化学快速锈蚀内贴应变片钢筋混凝土试件的拔出实验,得到了不同位置处钢筋的应变,进而推导了钢筋与混凝土不同位置处的粘结应力,分析了锈胀裂缝宽度对钢筋与混凝土间不同位置处粘结应力的影响。实验研究表明:粘结试件中的钢筋应变对锈胀裂缝宽度的敏感性大;对于锈胀裂缝较小的试件,其粘结应力峰值接近加载端,而对于锈胀裂缝较大的试件,粘结应力峰值更靠近自由端。     

型钢再生混凝土组合柱水平承载力试验及计算方法研究

基于17个型钢再生混凝土组合柱低周反复荷载试验,分析了再生粗骨料取代率、轴压比、体积配箍率以及剪跨比对组合柱水平承载力的影响规律。通过实测型钢腹板与翼缘,箍筋及纵筋的荷载-应变曲线,并结合组合柱的破坏形态特征,分析了型钢再生混凝土组合柱在水平荷载作用下的破坏机理。在此基础上,分别推导了型钢再生混凝土组合柱发生剪切斜压破坏和弯曲破坏时的理论计算公式。为了便于计算,本文提出了型钢再生混凝土组合柱水平承载力实用计算公式。结果表明,组合柱的计算水平承载力与试验值吻合较好,满足计算要求。上述研究结论可为型钢再生混凝土组合柱的抗震设计提供参考。