一般大气环境下钢筋锈蚀深度的RBF神经网络预测模型研究

钢筋锈蚀深度预测是评估在役RC结构服役性能的基础。为建立一般大气环境RC构件中钢筋锈蚀深度预测模型,通过收集实测数据,分析影响钢筋锈蚀深度的主要参数及其影响规律,继而基于实测数据建立数值模型和RBF神经网络预测模型,并进行参数敏感性分析。研究结果表明:与数值模型相比,RBF神经网络对钢筋锈蚀深度预测效率与精度更高,能够有效映射各影响参数与钢筋锈蚀深度之间复杂的非线性关系。参数敏感性分析结果显示,钢筋混凝土表面锈胀裂缝宽度对钢筋锈蚀深度影响最大,钢筋直径、保护层厚度与钢筋直径之比和混凝土抗压强度等其他因素影响次之。所得模型可用于工程检测中钢筋锈蚀程度预测与RC构筑物剩余服役寿命评估。

混凝土中钢筋锈蚀深度预测模型

通过对在自然环境下经历2 a干湿循环作用的锈蚀钢筋混凝土试件的试验研究,探讨了保护层锈胀开裂后钢筋的锈损程度及其影响因素.依据试验结果,运用数理统计相关知识,对试件的锈蚀特征进行分析,建立了与保护层厚度、表面裂缝宽度、钢筋直径、混凝土强度等级及箍筋间距相关的混凝土中钢筋锈蚀深度预测模型;对模型进行参数敏感性分析表明,表面纵向锈胀裂缝宽度是影响钢筋锈蚀深度的最主要因素,除其他因素外,箍筋间距对纵向钢筋锈蚀深度也具有一定影响,且随箍筋间距减小影响程度逐渐显著;经试验验证,所建立模型具有较强的适用性.

民国建筑锈胀开裂时的临界锈蚀深度

为了研究江浙地区民国钢筋混凝土结构中钢筋锈胀开裂时的临界锈蚀深度,按照民国时期钢筋混凝土构件的构造要求,设计8组试验试件进行电化学加速锈蚀试验.分析钢筋锈胀开裂时的混凝土试件表面裂缝分布,对电化学加速锈蚀试验产生的钢筋锈蚀产物和民国钢筋混凝土建筑中钢筋自然锈蚀产物进行X射线衍射定量分析和比较,得出两种锈蚀产物的膨胀系数,求出自然状态下民国钢筋混凝土结构钢筋锈胀开裂时的临界锈蚀深度.结果表明:民国钢筋混凝土结构钢筋锈胀开裂的裂缝最先出现于钢筋在混凝土表面的投影线外边缘上,临界锈蚀深度与钢筋宽度的比值的均值为0.021.

中性盐雾环境下钢板表面锈蚀深度随机场模型

为了得到中性盐雾环境下钢板表面锈蚀深度随机场模型,采用中性盐雾循环试验对10组试件进行加速锈蚀,获得了锈蚀钢板表面轮廓图及锈蚀深度三维坐标数据。研究了锈蚀深度概率分布特性,分析了锈蚀深度均值、标准差与锈蚀率的关系。对锈蚀深度进行了平稳性与各态历经性检验,提出了锈蚀深度随机场自相关函数模型。结果表明:钢板表面锈蚀深度符合正态分布;随锈蚀率的增大,锈蚀深度均值、标准差也增大;钢板表面锈蚀深度具有平稳性与各态历经性;余弦三角函数随机场模型能较精确地表征锈蚀深度分布特征。

基于锈胀裂缝宽度的钢筋锈蚀深度计算模型

钢筋锈蚀深度反映了钢筋的锈蚀程度,其数值对混凝土结构的耐久性评估具有重要意义。混凝土锈胀裂缝宽度容易检测,且与钢筋锈蚀深度具有一定的关系。首先对现有钢筋混凝土结构锈胀裂缝宽度与钢筋锈蚀深度之间的模型进行了总结,并将各关系式中的常数系数用待定系数替代,结合检测数据进行多元非线性拟合,根据所得可决系数比较分析了各模型的准确性、合理性及产生差异的原因。在此基础上以可决系数最高的模型为参考,结合临界钢筋锈蚀深度研究成果,提出与锈胀裂缝宽度有关的钢筋锈蚀深度计算模型,所得模型与实际检测数据吻合较好。相关成果可为钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀程度预测、耐久性评估和维护提供参考。

随机锈蚀H型钢柱偏压承载力分析

为了揭示随机锈蚀对H型钢柱在偏压作用下极限承载能力的影响,采用随机有限元方法对随机点蚀钢柱的抗弯承载力的变化规律进行了研究,考虑了轴压比、几何参数以及锈蚀深度对H型钢柱抗弯承载力折减系数的影响;得到了不同几何尺寸下H型钢柱的适用性,揭示了折减系数随锈蚀深度的变化规律,提出了用于预测抗弯承载力折减系数的理论计算公式。结果表明,所提出的理论公式可以准确预测随机点蚀H型钢柱的抗弯承载力,可为评估既有H型钢柱的极限承载力提供理论基础。

混凝土中钢筋锈蚀深度比值的概率分布模型研究

探究混凝土中钢筋表面坑蚀的分布规律,是进行锈损钢筋混凝土构件可靠性评价的必要前提。通过对掺盐钢筋混凝土试件长达2年的室外干湿循环试验,得到89根不同锈蚀程度的钢筋;对锈蚀钢筋逐根清洗、量取质量、量测及计算分析后,获得了89组钢筋最大坑蚀与平均锈蚀深度的比值,并以此作为钢筋表面锈蚀特征的分析指标,利用数理统计相关知识对该指标的概率分布进行深入分析。结果表明:氯盐环境下混凝土中钢筋最大坑蚀与平均锈蚀深度的比值服从对数正态分布。

钢筋非均匀锈蚀轮廓线理论解

基于金属腐蚀的电化学原理,结合钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的实际过程,从理论上推导了一般大气环境条件下钢筋的锈蚀速度以及不同服役时间,钢筋各部位的锈蚀深度及锈蚀后的体积变化规律,得到了钢筋非均匀锈蚀轮廓线的理论计算模型,并与相关文献模型及实测的数据进行对比分析,验证了其正确性。

基于非均匀锈蚀的带肋钢筋黏结性能

根据钢筋的非均匀锈蚀特征,研究锈蚀带肋钢筋与混凝土间的黏结性能.基于未锈蚀带肋钢筋黏结强度的微观受力模型与均匀锈蚀带肋钢筋黏结性能模型,考虑钢筋的实际锈蚀为非均匀锈蚀,利用弹性力学方法建立带肋钢筋黏结强度的预测模型,推导出锈蚀带肋钢筋与混凝土间的极限黏结强度.分析无横向约束的锈蚀钢筋极限黏结强度,对混凝土开裂时刻钢筋的临界锈蚀深度进行预测.试验结果与理论预测结果吻合良好,采用该模型可以较准确地反映钢筋实际锈蚀后黏结强度的变化情况.

多因素作用下混凝土梁长期性能时变劣化规律

为了探究混凝土梁在锈蚀、疲劳、徐变等多因素长期作用下的性能劣化规律,对21根试验梁开展了锈蚀、疲劳和徐变的正交分组试验,通过对钢筋锈蚀深度、梁的刚度和疲劳寿命的测量计算,研究了钢筋混凝土梁长期性能的时变劣化规律。研究结果表明:相较于无损梁,在2.5%、15.0%、60.0%疲劳寿命比和3、6个月持续荷载作用下,损伤混凝土梁的锈蚀深度扩大了1.337~1.934倍;随着钢筋锈蚀和疲劳损伤程度的加深,损伤梁的刚度下降了1.694 kN·m^(2),在持续荷载作用下,其刚度仅为无损梁的34.1%;在锈蚀和徐变相继作用后,损伤梁的疲劳寿命仅为无损梁的16.14%。根据试验研究结果,给出了损伤混凝土梁的临界锈蚀深度衰减系数、短期刚度降低系数、刚度退化系数和疲劳寿命衰减系数,以反映复杂荷载与环境作用对混凝土梁长期性能的影响,为混凝土结构的长期性能评估提供了科学依据。

混凝土构件锈胀裂缝宽度与锈蚀量关系的试验研究

主要研究了混凝土开裂后裂缝宽度与钢筋锈蚀量之间的关系,并通过18组150 mm×150 mm×150 mm的标准立方体试件的锈蚀对比试验,得出了锈胀裂缝宽度与钢筋锈蚀深度之间呈线性关系,并分析了钢筋截面损失率对钢筋锈蚀深度的影响;鉴于锈胀裂缝相对钢筋锈蚀率的观测更容易,给出了由裂缝宽度推测钢筋锈蚀量的公式。不仅对工程实践中钢筋锈蚀量的无损检测有很大帮助,而且可以为建筑结构的耐久性评估提供依据。

随机点锈蚀下圆形钢管轴压承载能力

针对随机点锈蚀对圆形钢管轴压承载能力的影响,以质量损失率为因变量,研究轴压承载力在随机点锈蚀影响下随质量损失率的变化规律。通过引入轴压承载力折减系数,揭示了锈蚀深度、锈蚀坑平面尺寸、钢材等级以及钢管壁厚对折减系数的影响规律。在大量随机有限元分析的基础上,提出了折减系数的理论计算公式。该公式可根据质量损失率精确预测钢管在随机点锈蚀影响下钢管轴压承载力的折减系数。

锈蚀焊接空心球节点随机抗压承载力研究

焊接空心球节点(WHSJs)自1966年被提出以来,已经广泛地应用于空间网格结构中,至今已有55年的应用历史。由于环境的侵蚀、后期维护不到位等,焊接球节点锈蚀的现象屡见不鲜。该文针对随机锈蚀后焊接空心球节点的抗压承载力的变化规律进行了研究,基于随机有限元分析方法进行了大量的随机数值分析,研究了锈蚀深度概率分布模型对抗压承载力折减系数的影响;利用曲线拟合技术提出了折减系数下限和上限曲线的理论计算公式;通过随机有限元的大量分析结果揭示了抗压折减系数随锈蚀深度概率分布模型的变化规律;提出了用于预测抗压折减系数概率分布模型的拟合公式;通过对具有不同几何参数的焊接空心球节点的分析,得到了该文结论对不同几何尺寸下焊接球节点的适用性。研究结果表明,所提出的方法可以准确确定随机锈蚀焊接空心球节点抗压承载力折减系数的随机概率分布模型,可为随机锈蚀焊接球节点承载力的评估提供理论分析基础。

钢筋非均匀锈蚀导致混凝土开裂的研究

为研究钢筋锈蚀导致混凝土保护层的开裂及锈胀裂缝的发展,根据自然环境下混凝土内钢筋锈蚀的非均匀性,将锈蚀层轮廓线简化为半椭圆形,并将钢筋的非均匀锈蚀特性应用于锈蚀三阶段模型。通过混凝土待填充空隙恰好被填充完全及保护层恰好开裂2个锈蚀点将锈蚀分为3个不同阶段。分别对每个锈蚀阶段做不同的锈胀模型假设。在混凝土保护层出现裂缝前,将混凝土保护层展开为弹性板,通过弹性力学理论,对钢筋锈蚀导致混凝土保护层开裂时的钢筋最大锈蚀深度做预测。在混凝土保护层出现裂缝后,考虑锈蚀产物对锈胀裂缝的填充,建立保护层外表面裂缝宽度与钢筋最大锈蚀深度关系的模型。通过文献试验数据对模型合理性做出检测,发现该模型计算值与文献试验值能较好吻合。

混凝土保护层均匀锈胀内裂分析

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构使用寿命的重要因素,混凝土保护层锈胀内裂加速整个混凝土保护层的开裂。假定混凝土满足最大伸长线应变破坏准则,利用圆孔扩张理论对铁锈自由膨胀充满混凝土与钢筋交界面空隙后混凝土保护层内裂进行分析,建立了锈胀内裂时刻的钢筋锈蚀深度计算式。针对计算式主要影响参数的分析表明:钢筋锈蚀深度与水泥石中毛细孔体积、钢筋直径、混凝土极限拉应变成正相关,与铁锈体积膨胀率成负相关。

钢筋均匀锈胀开裂过程的弹塑性分析

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的重要因素,混凝土保护层锈胀开裂是危及结构安全的临界点。建立钢筋均匀锈胀扩孔模型对钢筋均匀锈胀过程进行弹性及弹塑性变形分析,并根据保护层锈胀开裂时刻的锈胀力得出锈胀开裂时刻的钢筋锈蚀深度计算式,计算得到的理论值与试验结果吻合较好,对锈胀力和临界钢筋锈蚀率进行影响因素分析,可为混凝土结构耐久性设计及寿命预测提供参考。

深度锈蚀的无腹筋钢筋混凝土梁承载机理分析

以位移控制加载,进行了深度锈蚀的无腹筋钢筋混凝土梁的四点受弯加载试验。通过锈蚀梁的纵筋的应变分布,计算各加载水平下纵筋与混凝土之间的粘结应力。试验表明,深度锈蚀梁和非锈蚀梁的应变分布和应力历程有着明显的差异;加载初期阶段,剪跨区域的平均粘结应力逐步增加至峰值,锚固区域的平均粘结应力无明显增加;加载后期阶段,剪跨区域的平均粘结应力逐步降低,而锚固区域的平均粘结应力显著增加;随着荷载的增加,深度锈蚀梁的承载机理由"梁效应"向"拱效应"转变。基于"拱效应"的受力特征,提出了深度锈蚀梁极限荷载的计算方法。

Study of Pitting Morphology Fractal Characteristic of Corroded Surface of 304 Stainless Steel in FeCl_3 Environment

Experiments were performed to study the pitting corrosion morphology of 304 stainless steel exposed to FeCl 3 environments and SEM micrographs of the pitting corrosion morphology were obtained. The image processing technique combining with the fractal method was employed to analyze these pitting corrosion images and the self-similarity of pits morphology was observed. It indicates that fractal characteristics exist in pitting corrosion of 304 stainless steel. The self-similarity and complexity of the pitting morphology phenomenon were described in terms of fractal dimension which can also be an important parameter related to characterize pitting morphology qualitatively and quantitatively.

深度锈蚀钢板的激光除锈工艺研究

激光除锈是一种新兴的绿色除锈技术,近年来得到了广泛的关注。采用脉冲光纤激光器,对深度锈蚀钢板进行了除锈工艺研究,包括扫描速度、扫描策略、激光重复频率等。结果表明,对于深度锈蚀钢板,采用高低扫描速度组合能获得良好的除锈效果;激光重复频率及扫描间距也对除锈效果有很大的影响,存在一最佳参数,过低由于激光能量输入大造成二次氧化,过大由于激光能量小难以将锈蚀清除干净。最后获得了优化的工艺参数为激光功率19.5W,扫描间距0.03mm,激光脉冲频率50kHz;先采用低扫描速度800mm/s扫描4次,然后采用高扫描速度3 000mm/s扫描2次。