混凝土钢筋在不同锈蚀状态下的力学性能退化规律

通过一系列模拟加速锈蚀钢筋正交实验及相应的物理检测和电化学检测手段,系统地研究了混凝土钢筋在不同腐蚀环境条件下的锈蚀速率。实验结果表明,螺纹钢比光圆钢筋耐蚀性更差,在相同腐蚀环境下其抗拉强度及上下屈服强度,以及延伸率的下降程度均比圆钢筋显著。其中,伸长率的变化最为明显;在没有氯离子的环境下,钢筋前期基本以均匀锈蚀为主,后期才发展为局部锈蚀,这时的力学性能指标也呈现出与锈蚀情况对应的正相关性;在严重含氯离子的环境下,初期就表现出不均匀锈蚀状况,这时的力学性能指标与锈蚀情况不再具有线性关系,而出现急速下降的趋势。失重率检测结果印证了腐蚀程度与力学性能的相关性。研究结论为今后钢筋混凝土构件全寿命设计的理论研究奠定了一个实验预研工作基础。     

钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件承载力影响的数值模拟

由于经济技术条件局限,早期的混凝土结构设计对耐久性重视不够,结构的过早破坏给各国带来了巨大的生命财产损失。影响混凝土结构耐久性的因素繁杂多样,给研究工作带来了巨大的困难,现状和研究表明,钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性损伤的最重要因素之一。建立锈蚀钢筋混凝土轴心受压构件模型,利用ANSYS有限元模型模拟其承载力变化情况。研究发现其锈蚀钢筋混凝土轴心受压构件的承载力比相同参数未锈蚀构件承载力有显著减低。利用有限元软件AYSYS模拟钢筋混凝土轴心受压构件在不同钢筋锈蚀率条件下的承载力变化规律。     

混凝土结构中钢筋锈蚀不均匀性对其力学性能退化的影响

试验获取锈蚀钢筋试件,借助三维激光扫描建立其实体模型,并进行拉伸试验。通过实体模型精确获取试件残余横截面积分布,建立分段积分模型进行数值拉伸计算并与试验结果对比分析,研究锈蚀不均匀性对锈蚀钢筋力学性能退化的影响。结果发现,沿钢筋长度方向的不均匀性可用区段最大与最小残余横截面积比值μ作为量化参数。随锈蚀发展,不均匀锈蚀系数μ值逐渐增大。然而,剔除锈蚀不均匀性影响后,锈蚀钢筋的屈服强度、极限强度、弹性模量以及极限应变等材性参数没有随锈蚀发展而降低的趋势。基于残余截面积排序的线性简化,以μ为自变量,推导出锈蚀钢筋各个名义材性参数的解析计算公式。显示名义屈服强度、名义极限强度以及名义极限应变均随锈蚀不均匀性增大而显著降低,但严重坑蚀时不能忽略应力集中和周向不均匀锈蚀的不利影响。随锈蚀不均匀性发展,名义弹性模量与强化模量有轻微降低,拉伸曲线的屈服平台逐渐倾斜,并在μ达到约1.1的临界值时融入强化段,宏观屈服平台消失。     

锈蚀钢筋混凝土框架节点力学性能退化研究

目的找出不同钢筋锈蚀率对钢筋混凝土框架节点承载力的退化规律,进而为老旧框架节点的修复与加固提供依据.方法考虑柱端轴压比、约束条件等实际情况,且考虑钢筋强度折减以及钢筋与混凝土之间的摩擦作用,采用位移法对钢筋混凝土框架节点核心区没有配置箍筋的15个模型进行非线性数值分析.结果相同轴压比下,随着钢筋锈蚀率的增大,承载力降低,退化幅度逐渐增大,当锈蚀率达到10%,承载力基本不变,但构件已由延性破坏变为脆性破坏;相同锈蚀率下,增大轴压比,构件的承载力、极限位移呈现出先增大后减小的趋势,轴压比取0.4时,节点表现出较好的力学性能.结论钢筋锈蚀率与轴压比是影响节点力学性能的重要因素.过大钢筋锈蚀率和过大轴压比导致框架节点受单调荷载作用时的极限承载力与极限位移损失严重,节点的强度在锈蚀初期便表现出明显的退化趋势.     

钢筋锈蚀的机理与锈蚀钢混构件的力学性能研究

结构在使用过程中由于环境因素的影响、人们的非正常使用、灾害性荷载的作用以及结构设计和施工过程造成的缺陷,导致其材料性能逐步退化。材料性能退化包括混凝土碳化腐蚀、钢筋锈蚀、冻融循环、碱骨料反应等,而材料性能退化导致的构件开裂、变形加剧以及承载力下降等后果直接影响结构的外观、正常使用甚至危及结构的安全,使结构的使用寿命常常达不到人们所预期的目标,造成经济以及生命损失。这种由于结构自身性能退化而导致的结构失效就是目前在结构工程界引起广泛关注的耐久性问题。     

锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能数值模拟分析

依据已有试验数据建立锈损钢筋混凝土梁的有限元模型,将锈蚀和疲劳荷载各作为一种损伤变量加到钢筋混凝土模型梁中去,进行有限元模拟分析.从分析中得到不同锈蚀率钢筋混凝土梁的疲劳性能.将由钢筋疲劳本构关系计算出的梁的疲劳寿命值与试验梁结果值进行比较,证明了分析模型的合理性,为损伤构件的抗疲劳设计提供了依据.     

锈蚀钢筋蚀坑特征分析及其对力学性能的影响

通过对126根锈蚀钢筋进行拉伸试验,研究了蚀坑特征及其锈蚀后力学性能。研究发现,锈蚀钢筋最大名义屈服强度较标准试件提高了7.65%,伸长率下降最大可达52.94%;锈蚀钢筋拉伸试验后断口形态为锯齿式断口和劈裂式断口;蚀坑最大深度、宽度、长度分别不超过8,15,16mm,并且三者的对数值与质量锈蚀率呈线性关系,深宽比与质量锈蚀率呈指数关系。还建立了与深宽比均值相关的名义屈服强度的退化模型和计算模型。     

基于ANSYS的锈蚀钢筋屈曲承载力非线性分析

应用ANSYS分析锈蚀钢筋屈曲承载力降低问题．使用弧长法对荷载一纵向位移平衡路线进行全过程跟踪研究．分析锈胀开裂的混凝土结构中局部箍筋锈断致使受压区锈蚀纵筋在未达到全截面屈服时发生非线性屈曲的规律．分析中考虑材料屈服强度、初弯曲和长径比对锈蚀纵筋承载力的影响．拟合大量分析结果,提出锈蚀钢筋压屈的四类纵向应力—应变曲线．曲线方程式的计算结果与197根锈蚀钢筋试件的试验数据比较,可很好吻合,表明所提出的方程式可用于锈裂混凝土结构剩余承载力评估．     

氯离子诱发混凝土中钢筋锈蚀的锈蚀层分析

通过X线衍射、扫描电镜和电子探针等微观测试技术研究混凝土中钢筋锈蚀产物的物相组成和微观结构.研究结果表明:混凝土中钢筋的锈蚀层是铁锈和水泥凝胶体的混合物,钢筋的锈蚀产物由针铁矿α-FeO(OH)、四方纤铁矿-FeO(OH)、纤铁矿γ-FeO(OH)、赤铁矿α-Fe2O3、磁赤铁矿γ-Fe2O3、磁铁矿Fe3O4、和方铁矿FeO等相组成;锈蚀钢筋表面有较多的锈蚀凹坑和密集的锈蚀麻点,是由大面积的均匀腐蚀与稀疏的局部点蚀共同组成的全面锈蚀;钢筋的锈层结构分为内外两层,外锈层结构疏松,而内层结构致密,与钢筋基体紧密相连.     

基于PCA-PSO-LSSVM钢筋锈蚀程度预测研究

钢筋锈蚀是混凝土结构破坏的主要原因之一,通过研究钢筋锈蚀情况,进而分析混凝土构件的耐久性,对提高建筑物的使用寿命来说,具有非常重要的现实意义。钢筋锈蚀受多种因素影响,但传统的钢筋锈蚀检测法容易受到人为和条件因素的干扰,进而产生较大的误差,因此构建一种钢筋锈蚀预测模型,可以快速地进行钢筋锈蚀程度的预测。通过钢筋锈蚀实验获得了23组实测数据,建立基于钢筋中间距、保护层厚度、裂缝宽度、锈蚀电流和锈蚀直径5个因素的预测指标体系,通过主成分分析（PCA）对数据进行降维处理,建立最小二乘支持向量机（LSSVM）模型对钢筋锈蚀率进行预测,选用粒子群算法（PSO）寻找出LSSVM中正则化参数和核函数宽度系数的最优参数组合。结果表明,PSO-LSSVM模型的平均绝对误差和均方根误差为1.88%和1.94%,并同BP神经网络、未优化的LSSVM模型的预测结果做对比分析,验证了该模型的预测精度更高,为复杂环境下的钢筋锈蚀情况监测提供了一种新的途径。     

钢筋的锈蚀和预防

本文较深入地探讨了钢筋锈蚀的原理和影响钢筋锈蚀速度的因素。提出了预防 钢筋锈蚀的四种对策和钢筋锈蚀后的补救措施。     

钢筋的锈蚀与预防

本文较深入地探讨了钢筋锈蚀的原理和影响钢筋锈蚀速度的因素。提出了预防钢筋锈蚀的四种对策和钢筋锈蚀后的补救措施。     

基于不规则颗粒的砾岩力学性能数值模拟研究

砾岩非均质性强,力学性质复杂。本文基于离散元方法,使用三维激光扫描技术获取了真实砾石的颗粒形态,建立了含不同粒径颗粒的砾岩三维数值模型。基于此数值模型开展单轴抗压模拟实验,将实验结果与均质数值岩心对比,分析了砾岩破坏形式和规律,讨论了颗粒粒径大小和颗粒形态对砾岩力学性质的影响。结果表明:在加载过程中,由于砾石颗粒的阻碍,裂缝需绕过砾石颗粒逐步贯通,从而导致岩样的位移和破坏形式较为复杂,没有形成与均质岩心类似的剪切带。在加载初期裂纹数目少、增加缓慢,在应力峰值附近裂纹数量迅速增加,岩样瞬间破坏,表现出较为明显的“鼓涨”效应。砾石颗粒粒径对砾岩的破坏机理和形式影响不明显,但随着粒径的增加,砾岩单轴抗压强度和弹性模量降低。相对于圆形颗粒,基于真实砾石颗粒形态的数值模型,能够模拟砾石间的摩擦力,拥有更高的强度,能更好的反应砾岩力学性质。     

混凝土中钢筋锈蚀及其可靠性分析

本文介绍了混凝土中钢筋锈蚀的机理，分析了钢筋锈蚀的主要影响因素，对钢筋锈蚀造成的截面损失破坏的可靠性进行了分析，并推导出了钢筋锈蚀可靠性分析的相应计算公式。     

锈蚀断丝对拉索力学性能影响的数值研究

钢丝锈蚀、断裂损伤是影响拉索力学性能的主要因素.首先,建立了钢丝径向、索长方向锈蚀损伤分布模型;然后,基于锈蚀钢丝断口形态,分析锈蚀及荷载联合作用下钢丝断裂规律,建立了基于应力强度因子的锈蚀钢丝断裂准则;最后,考虑钢丝间摩擦作用,采用有限元法对拉索钢丝锈蚀、断裂过程进行模拟,研究了拉索中钢丝逐层锈蚀断裂对拉索力学性能的影响.结果表明:拉索钢丝锈蚀断裂后,钢丝应力重分布,断丝对拉索钢丝应力的影响沿截面径向逐渐减小,紧邻断丝层的锈蚀钢丝应力增幅最大,最内层钢丝应力增幅最小;由于钢丝间摩擦作用,断丝应力在恢复长度内呈对数形式恢复且基本同步;恢复长度随断丝百分比增大而增大,与断丝百分比呈二次抛物线关系,并将收敛于3. 3m;拉索索力损失率随断丝百分比增大而增大,拉索少量钢丝的锈蚀断裂对索力影响较小,当拉索锈蚀断丝百分比小于10%时,引起的索力损失率小于4%.     

蜻蜓翅膀力学性能的数值模拟

采用数值模拟的方法对蜻蜓翅膀在均布载荷作用下的力学性能进行了分析. 采集蜻蜓翅膀标本,将翅膀照片拾取成为矢量图,并由矢量图建立几何模型. 利用有限元分析软件建立了蜻蜓翅膀的有限元模型,对均布载荷条件下蜻蜓翅膀的力学性能进行了数值分析,得到了蜻蜓翅膀不同位置的受力变形情况,进而给出了蜻蜓翅膀的位移随时间变化曲线. 数值模拟结果显示,在同一水平位置上,越靠近翅根部分,变形越小,离翅根越远,变形越大;而同一垂直方向的三个不同位置的位移变化量几乎一致,与实际情况相符,证明了数值模拟中所取的杨氏模量参数的合理性;翅膀受到均匀载荷作用时,翅根部分附近所受压力是最大的,这与理论中固定端受力情况一致.     

地下工程中钢筋锈蚀的影响因素分析

从有害化学物质的侵蚀、有害气体的侵蚀等方面,阐述了地下工程混凝土中钢筋发生锈蚀的原因,并为提高结构的耐久性和安全性,确保建筑工程质量和使用性能,提出了钢筋锈蚀应采取的预防措施。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗冲击荷载数值模拟研究

为研究冲击作用下锈蚀钢筋混凝土梁的力学性能与破坏模态,通过混凝土梁冲击试验,校核了有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立的钢筋混凝土梁结构精细化有限元模型的冲击力时程曲线、跨中位移时程曲线和破坏模态的准确性。在已验证有限元模型的基础上,研究钢筋锈蚀率对混凝土梁抗冲击性能的影响。有限元分析表明：混凝土构件在冲击作用下导致的混凝土剥落程度随钢筋锈蚀率的增加而增加。各冲击高度下的锈蚀钢筋混凝土梁均表现出弯曲破坏特征。钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件的抗冲击性能具有一定的影响,在相同落锤冲击高度下,冲击力峰值随钢筋锈蚀率的增大逐渐减小,跨中位移随钢筋锈蚀率的增大而增大。当冲击高度为3.0 m时,锈蚀率为30.0%时的冲击力峰值降低到未锈蚀时的17.9%,跨中位移为增加到未锈蚀时的33.3%。     

重复拉伸荷载下锈蚀钢筋力学性能及本构关系研究

通过锈蚀钢筋重复拉伸荷载试验,分析了重复拉伸荷载作用下锈蚀对钢筋力学性能的影响,并建立了锈蚀钢筋本构关系模型.试验表明,重复荷载作用下,随着锈蚀率的增大,钢筋力学性能退化,变形能力下降,屈服平台逐渐缩短甚至消失;耗能性能降低,破坏时更加表现为脆性断裂,使得结构在地震发生时更易出现脆性破坏,甚至突然倒塌.基于试验成果本文建立了锈蚀钢筋应力-应变本构关系模型,研究成果可为锈损结构耐久性、残余承载力及抗震性能评估提供技术依据.     

真空灭菌器力学性能的实验和数值模拟分析

特种设备检测中发现一些真空灭菌器在远未达到使用寿命时,灭菌器的内壁就出现断续的裂纹,大部分集中在加强筋与内壁的焊缝处。为追寻其力学原因,采用电测法对真空灭菌器进行应力测试;然后使用MSC.Patran＆MSC.Nastran数值分析软件进行力学分析。与实验所测的应力结果进行对比,结果表明数值解与实验结果非常吻合。此外,研究了真空灭菌器内壁的折弯圆弧半径的大小对应力的影响,得出半径的大小对内壁应力分布的影响很小。因此,为了扩大内腔的容积,在保证顺利折弯的前提下,可以选择小的半径;进而为下一步结构优化提高重要参考数据。