不均匀锈蚀钢筋应力-应变关系的试验研究

为研究不均匀锈蚀钢筋受力性能并建立其应力-应变关系的数学模型,采用外加电流加速锈蚀试验方法使钢筋产生不均匀锈蚀,通过拉伸试验得到了锈蚀钢筋的荷载-位移曲线.研究结果表明:通过控制外加电流密度大小、混凝土密实度及试件浸泡方式,可以得到沿钢筋截面及长度方向不均匀锈蚀的钢筋,钢筋锈蚀较严重的部位随机分布;对于不同种类的钢筋,随锈蚀率的增大,名义屈服强度、名义极限强度和极限延伸率呈降低的趋势.最后,在试验结果分析的基础上,建立了锈蚀光圆钢筋和带肋钢筋的应力-应变本构关系模型,并给出了特征参数的取值,以供实际工程参考.

通电加速不均匀锈蚀方法及有限元分析

根据通电加速锈蚀原理,将不锈钢棒与钢板分别作为阴阳极,组成锈蚀系统,研究钢板的锈蚀规律。试验结果表明:在本电极组合下,阳极呈非均匀锈蚀特征,钢板中央锈蚀最严重,分别向两侧递减,在板端锈蚀程度略有加强。利用COMSOL进行有限元分析,认为在本锈蚀系统中,阳极表面电流密度分布不均匀,变化趋势与钢板锈蚀程度的分布一致。并认为阴极的位置会影响阳极表面电流密度峰值的位置,但不会影响其取值大小。

基于蒙特卡罗法的不均匀锈蚀钢筋力学性能评估

本文基于符合锈蚀钢筋形貌特征的截面积概率分布函数,并考虑锈坑处相邻截面的相关性,建立了不均匀锈蚀钢筋的三维有限元模型,通过蒙特卡罗模拟批量开展数值拉伸试验,定量研究不同锈蚀率下钢筋力学性能的退化情况。与已有的试验结论对比显示,该方法能较好地估计锈蚀钢筋的力学性能,尤其是钢筋的变形能力。本文研究了锈蚀钢筋不同本构和标距长度对力学性能的影响,结果表明:钢筋的强屈比是影响其变形能力的主要因素,不同的标距长度将会显著影响锈蚀钢筋极限应变的计算结果。

非均匀锈蚀钢筋表面轮廓的分形表征

通过NaCl溶液干湿循环对热轧光圆钢筋进行加速腐蚀,采用单尖头百分尺获取了不同锈蚀率钢筋的表面轮廓曲线,并对其进行统计分析与分形计算.结果表明,锈蚀钢筋的蚀坑呈不均匀分布特性,其表面轮廓直径符合正态分布,且具有统计分形的特征;但分形维数反映的是轮廓曲线的相似程度,对于轮廓曲线的微小变化并不敏感.通过特征轮廓参数r*将分形维数D与尺度系数C联系在一起,实现了表面多尺度相似测量与绝对测量的统一,该参数具有物理意义清晰且灵敏度高的特点,可用于钢筋不均锈蚀程度的表征.

锈蚀钢筋截面分布特征及轴向拉伸力学性能

采用半浸泡通电加速锈蚀法获得平均锈蚀率为0%~18%的钢筋,应用三维扫描的实物反求技术获得精确的锈蚀钢筋截面积数据,研究得到了平均锈蚀率与最大截面锈蚀率的关系,统计建立了锈蚀钢筋截面积概率分布模型;通过轴向拉伸试验研究锈蚀钢筋力学性能退化原因,定量分析锈蚀率与钢筋各力学特征值损失率的关系.结果表明:锈蚀钢筋实际材料性能未发生改变,其名义屈服强度、名义极限强度由钢筋最小残余截面积决定;钢筋变形与钢筋残余截面积分布有关,与平均锈蚀率及最大截面锈蚀率的相关程度较低;锈蚀钢筋本构关系仍可采用未锈蚀钢筋的本构关系,并可通过残余截面积概率分布模型来反映锈蚀对钢筋力学性能的影响.

混凝土保护层不均匀锈胀开裂研究

随着国内外众多基础设施的建成,由于缺乏认识导致大量既有结构存在严重钢筋腐蚀问题,并已成为混凝土结构耐久性失效的最主要因素之一。文章在既有研究基础上,结合不均匀锈蚀特点,将保护层锈蚀损伤分为4个阶段,得到保护层开裂的锈蚀率与径向位移的关系,并对不同模型锈胀位移曲线展开分析。研究表明采用高斯分布和椭圆形分布曲线研究混凝土锈胀开裂是合理有效的。

腐蚀与荷载耦合作用下混凝土柱徐变机理研究

为了研究腐蚀与荷载耦合作用下钢筋混凝土柱的徐变行为,分别对轴压、小偏压和大偏压3种受力状态的钢筋混凝土柱进行了腐蚀与荷载共同作用下的长期性能试验,并结合试验提出了不同钢筋锈蚀状况下的理论徐变修正模型.研究结果表明:钢筋混凝土柱在相同受力状态下,当钢筋轻度腐蚀时的混凝土徐变略低于未锈蚀试件;当钢筋为重度腐蚀时,相较于未锈蚀试件,混凝土徐变出现了较大增长;经验证,实测值与模型理论值吻合较好.

基于有限元模拟的混凝土保护层锈胀开裂研究

随着国内外基础建设的不断推进,由于认识不足而导致大量结构存在严重的耐久性问题,针对目前钢筋锈蚀相关研究,本文引入初始裂缝的影响,对保护层锈胀开裂行为进行有限元模拟,得出混凝土开裂时最大主拉应力发生在保护层外侧,裂缝首先出现在外表面,此理论区别于传统裂缝"由内向外扩展"理论。

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。

氯盐环境与荷载耦合作用下加载龄期对钢筋混凝土柱徐变影响

为研究氯盐环境与荷载耦合作用下钢筋混凝土柱的徐变效应,在持荷与氯盐腐蚀环境下,对18根早龄期与标准龄期钢筋混凝土柱进行了202 d的长期试验,钢筋锈蚀率分别为0%、10%、20%,测试了早龄期混凝土柱在轴压、小偏压、大偏压三种受力状态下的徐变行为,并与相同条件下标准龄期混凝土柱的徐变行为进行了对比。结果表明:钢筋锈蚀率为10%时,锈蚀RC柱的徐变系数略低于未锈蚀RC柱的;钢筋锈蚀率为20%时,锈蚀RC柱的早期徐变系数偏低,而后期徐变系数出现较快且持续的增长;受混凝土黏性流动和钢筋锈蚀影响,早龄期RC柱的徐变系数低于理论值。根据钢筋实际锈蚀状况,拟合了钢筋锈蚀率分布函数,并通过黏结退化系数得出对应的徐变折减系数,提出修正的ACI209R徐变模型。通过与试验数据进行对比分析,该修正徐变模型的预测效果较好。当锈蚀率为10%时,模型可靠性高;当锈蚀率为20%时,在持载早期,模型计算值较实测值偏高,但后期两者的差值较小。

Calculation of corrosion rate for reinforced concrete beams based on corrosive crack width

This paper deals with a correction method for corrosive crack width caused by non-uniform corrosion. Considering the corrosion cracking characteristics of a reinforced concrete structure, a correction model of corrosive crack width involving the mutual impacts between adjacent measuring points is established. The calculation model for steel bar corrosion rate for single point is obtained through quantitative analysis and accelerated corrosion tests on more than 70 reinforced cubic members. Two methods are suggested by combining two models, the correction and the corrosion calculation ones. Electrolyte accelerated cor- rosion tests on seven beams are carried out to verify these methods. The experimental results show that the ratio between the maximum corrosion rate by the indirect method and the measured average value ranges from 1.4 to 2.4, and the indirect method is shown to be an effective method for calculating the maximum corrosion rate.