不同应力幅下锈蚀疲劳耦合钢筋混凝土梁性能退化试验

为了探究锈蚀与疲劳荷载的耦合作用对钢筋混凝土构件抗弯性能的影响,分别对3组钢筋混凝土梁试件开展了在不同应力幅下的单纯疲劳加载试验与锈蚀疲劳耦合加载试验。通过模型试验,对比分析了单纯疲劳试验梁与锈蚀疲劳耦合加载试验梁在3种不同应力幅下的裂缝发展规律、荷载-挠度变化趋势、疲劳寿命及最终破坏形态。试验结果表明:应力幅一定时,在相同荷载循环次数条件下,锈蚀疲劳耦合加载试验梁的裂缝数量及开展程度均明显大于单纯疲劳加载试验梁;整个加载过程中,锈蚀疲劳耦合试验梁的刚度退化速率大于单纯疲劳加载试验梁,锈蚀疲劳耦合作用加速了钢筋混凝土梁的裂缝开展和刚度退化;相同应力幅下,锈蚀疲劳耦合试验梁XP-2,XP-3相比单纯疲劳试验梁P-2,P-3,疲劳寿命分别下降27.5%,18.6%;锈蚀疲劳耦合作用下,钢筋混凝土梁的破坏形式为底部受拉钢筋发生疲劳脆性断裂,钢筋断口处锈蚀严重,断口表面凹凸不平,呈现出撕裂的斜截面形状,与单纯疲劳加载梁钢筋断裂处断口平滑的特征有明显区别;锈蚀疲劳耦合试验梁在最终破坏状态下破坏区域更大,混凝土脱落更严重,锈蚀疲劳耦合作用下钢筋混凝土梁的塑性明显降低。

锈蚀钢筋混凝土梁弯曲疲劳性能的材料——结构协同数值模拟研究

以路径依赖的率型混凝土本构模型为基础,采用多尺度有限元模拟方法 DUCOM-COM3,并结合试验对钢筋混凝土梁的静载、疲劳以及锈蚀疲劳耦合性能进行了分析研究。结果表明,路径依赖的混凝土本构模型能够更好地模拟复杂的往复荷载工况,同时通过多尺度建模可将锈蚀引起的材料损伤与疲劳荷载引起的结构损伤协同分析。针对无锈蚀适筋钢混梁的疲劳分析表明,其S-N曲线大致呈双线性模式。对于锈蚀钢混梁,其疲劳寿命随着锈蚀率增大而线性减小,且锈胀裂缝对于锈蚀构件疲劳寿命减小有着显著影响。若以锈蚀损伤后梁的承载力重新定义荷载等级,则锈蚀钢混梁的S-N曲线与无锈蚀S-N曲线接近。最后,结合数值分析和理论模型,对中低荷载水平下适筋钢混梁的疲劳破坏模式进行了机理性分析。