锈蚀箍筋约束混凝土加固柱抗震性能分析

为研究加固后锈蚀箍筋约束混凝土柱的抗震性能,设计16个钢筋混凝土矩形柱,对加速锈蚀后的试件采用外包钢及CFRP、GFRP材料进行加固处理,随后开展低周往复荷载试验,以研究不同加固材料、不同加固包裹方式、不同黏结材料等因素对锈蚀箍筋约束混凝土柱滞回曲线、骨架曲线、刚度衰减、延性性能及耗能能力等抗震性能指标的影响。研究结果表明:(1)与未锈蚀柱相比,加固后的箍筋锈蚀柱以弯剪破坏为主,CFRP加固试件较GFRP加固试件具有更高的承载力,但破坏时延性不如GFRP加固试件;(2)外包钢加固试件、CFRP加固试件、GFRP加固试件的耗能能力较未锈蚀试件分别增大222.3%、123.9%、98.5%,延性系数也相应增大45.3%、22.3%、25.6%。总之,外包钢加固对箍筋锈蚀柱抗震性能的提升最大,CFRP加固次之,但优于GFRP加固;整包加固优于环包加固;环氧树脂胶黏结略优于水泥基灌浆料黏结。

人工盐雾环境下锈蚀箍筋约束混凝土本构关系

为研究人工盐雾环境下锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变关系,对36个尺寸为150 mm×150mm×450 mm,配箍特征值分别为0.233,0.175,0.306,0.195,0.146,0.225,0.167,0.125,0.219的箍筋约束混凝土棱柱体试件进行了盐雾腐蚀箱加速锈蚀和轴压加载试验,得到了不同混凝土强度、不同配箍特征值、不同箍筋锈蚀率下锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变全曲线.结果表明:人工盐雾环境下锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变曲线随着锈蚀时间的延长而渐趋扁平,上升段向右下方偏移,峰值应力呈线性下降,峰值应变增加;在相同锈蚀时间下,高强度混凝土的峰值应力降低程度和峰值应变增大程度均比低强度混凝土小.

锈蚀箍筋约束混凝土柱低周往复试验研究

为了解锈蚀箍筋约束混凝土柱的抗震性能,通过加速锈蚀试验得到8根锈蚀混凝土柱,并对其进行低周反复荷载试验,研究箍筋锈蚀后混凝土柱的受力特点和破坏机制,对比分析箍筋直径、箍筋间距等参数变化对锈蚀箍筋约束混凝土柱的承载能力、延性、滞回特性、刚度退化、强度退化和耗能等抗震性能指标的影响.结果表明:箍筋锈蚀后,混凝土受到的约束作用降低,导致混凝土柱抗震性能退化;随着箍筋锈蚀量增大,柱破坏时的极限位移减小,滞回曲线出现捏拢现象且逐渐明显,强度降低程度和刚度衰减程度均增大,延性和耗能能力降低,相同控制位移下的累计耗能量增大.

锈蚀箍筋混凝土简支梁抗剪承载力模型及有限元分析

基于锈蚀钢筋混凝土梁斜截面抗剪机理,分析箍筋锈蚀对混凝土抗剪能力和箍筋抗剪能力的影响,建立了箍筋锈蚀率与锈蚀箍筋混凝土简支梁抗剪承载力降低系数的拟合关系,考虑混凝土与箍筋的抗剪作用相互影响,提出了锈蚀箍筋混凝土简支梁抗剪承载力计算模型,该模型计算值与试验数据及ANSYS有限元分析值吻合较好;并借助Mat-lab软件编制了Monte Carlo计算程序,对锈蚀箍筋混凝土简支梁斜截面抗剪承载力进行可靠度评估,可为工程应用提供参考。

近海环境下锈蚀箍筋约束混凝土本构模型

采用人工气候环境模拟技术模拟近海环境,对36组约束混凝土棱柱体试件进行加速腐蚀,开展轴压试验,研究箍筋锈蚀对约束混凝土峰值应力、峰值应变和应力-应变曲线形状的影响.通过对试验结果的回归分析,得到考虑箍筋锈蚀率影响的混凝土峰值应力和应变修正系数拟合公式,以形状系数作为应力-应变曲线形状参数,基于Mander模型确定考虑箍筋锈蚀率影响的形状系数的计算公式,建立近海环境下的锈蚀箍筋约束混凝土本构模型.与试验结果对比发现:采用该模型计算得到的各试件峰值应力、峰值应变及应力-应变曲线形状均与试验结果符合较好,表明建立的本构模型能够较准确地反映锈蚀箍筋约束混凝土力学性能,可以用于该环境下的锈蚀RC结构剩余承载力及抗震性能评估.

锈蚀箍筋约束混凝土的单轴受压试验与本构关系模型

为了研究揭示锈蚀箍筋约束混凝土的单轴受压特性,基于36组锈蚀箍筋约束混凝土试件的单轴受压试验,获得了不同锈蚀程度箍筋约束混凝土的应力—应变曲线试验数据,分析了箍筋质量锈损率对约束混凝土的峰值应力、峰值点应变、极限应变以及破坏形态的影响规律,并分别建立相应的计算模型,进而研究提出了锈蚀箍筋约束混凝土的单轴受压本构关系模型。结果表明:随着箍筋质量锈损率的增加,约束混凝土的峰值应力、峰值点应变和极限应变逐渐降低;箍筋体积配箍率越小,箍筋质量锈损率对峰值应力和极限应变的影响越显著;当箍筋质量锈损率分别超过15%、10%和30%左右时,大部分方形箍、棱形箍和螺旋箍在试件轴压破坏位置处发生断裂;锈蚀箍筋约束混凝土单轴受压本构关系模型的计算值与试验数据吻合较好,说明该模型能够合理描述箍筋锈蚀程度对约束混凝土单轴受压应力—应变曲线的影响规律。

锈蚀箍筋约束混凝土本构模型修正研究

为进一步研究锈蚀箍筋约束混凝土的本构模型,本研究对26组加速腐蚀钢筋混凝土棱柱体试件进行轴压试验,得到了各组试件的应力-应变曲线,分析箍筋锈蚀率、配箍特征值、纵筋是否锈蚀等因素对锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变曲线的影响规律。同时,基于笔者课题组早期建立的锈蚀箍筋约束混凝土本构模型,引入修正系数,对曲线形状控制参数和峰值点参数的表达式进行修正和回归分析,并最终建立了锈蚀箍筋约束混凝土的修正本构模型。结果表明:经已有试验数据验证,该修正模型更加准确、合理,且考虑了箍筋与纵筋的同时锈蚀,可更广泛地应用于锈蚀钢筋混凝土构件剩余承载力的研究。

锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变本构关系模型

为探讨箍筋锈蚀对混凝土约束性能的影响,通过外加直流电对钢筋混凝土棱柱体中的箍筋进行加速锈蚀,得到了不同箍筋锈蚀率试件,并对试件进行了轴心受压试验.结果表明:随着箍筋锈蚀率的增加,约束混凝土试件的承载力、刚度和延性均有不同程度的降低.基于现有研究成果,建立了轴心受压下锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变本构关系模型,通过与实测的锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变全曲线对比,证实该模型拟合曲线与实测曲线吻合较好.

锈蚀箍筋约束混凝土柱低周反复荷载试验研究

通过电化学方法对混凝土柱内箍筋进行实验室加速腐蚀试验,得到箍筋锈蚀程度不同的混凝土柱试件,进一步开展了箍筋锈蚀约束混凝土柱低周往复加载试验,研究了箍筋锈蚀造成的混凝土损伤、箍筋的锈蚀形态以及箍筋锈蚀对钢筋混凝土柱破坏过程和破坏形态的影响。试验结果表明:混凝土构件中箍筋在转角部位锈蚀严重,混凝土保护层的开裂是以构件角部顺纵筋开裂为主;箍筋锈蚀产物在混凝土内的扩散、堆积导致混凝土保护层提前脱落,使其对试件承载力的贡献减弱;箍筋锈蚀程度的不同导致试件破坏过程和最终破坏形态有所差异:随着箍筋锈蚀程度的增大,试件破坏形式由延性较好的弯曲破坏向剪切脆性破坏转变;箍筋轻微锈蚀构件中钢筋与混凝土间的粘结作用不受影响。

外包型钢加固箍筋锈蚀混凝土柱恢复力模型研究

为研究外包型钢加固后箍筋锈蚀混凝土柱的恢复力模型,对9根不同箍筋锈蚀率、体积配箍率的各混凝土柱进行通电锈蚀,锈蚀完成后加固,进而进行低周往复荷载试验。对各试验试件的骨架曲线及滞回曲线进行分析。在完好试件恢复力模型特征参数计算的基础上,对数据进行拟合回归,给出了外包型钢加固后箍筋锈蚀混凝土柱的退化三线型恢复力模型,并提出了不同因素作用下特征参数的计算公式。结果表明:箍筋锈蚀柱经外包型钢加固后各抗震性能指标有显著提升,破坏特征点明显滞后于完好试件,且以剪切破坏为主。通过对比分析,所得模型与试验结果吻合较好,能很好地反映外包型钢加固柱的滞回特性,为此类柱恢复力模型的计算提供参考。

锈蚀钢筋混凝土黏结滑移本构模型及数值模拟应用

为研究纵筋与箍筋共同锈蚀对钢筋混凝土黏结性能的影响,采用电渗—恒电流—干湿循环的加速锈蚀方法对25个钢筋混凝土(RC)试件进行锈蚀,进而对其进行拉拔试验,研究了纵筋锈蚀、箍筋锈蚀、保护层厚度和箍筋间距等参数对黏结性能的影响规律。分析了锈蚀对混凝土与钢筋界面间黏结力的影响,将黏结性能退化归因于材料性能退化和约束效应退化,基于试验数据,建立并验证了一个考虑设计参数、纵筋及箍筋共同锈蚀的修正黏结滑移本构模型。结合所提本构模型及微元算法建立了锈蚀纵筋应力-滑移模型,基于OpenSees平台,将所建模型应用于零长度截面单元中,通过串联纤维梁柱单元与零长度截面单元建立了考虑黏结滑移变形的锈蚀RC构件数值模型,根据锈蚀RC柱拟静力试验数据对该模型的准确性进行验证,并采用仅考虑锈蚀损伤的纤维模型进行辅助验证。结果表明:混凝土与钢筋界面间黏结力随锈蚀程度的增加呈先上升后下降的趋势,增加保护层厚度可略微增加黏结强度,而箍筋加密对黏结强度提升明显;与纤维模型相比,所建锈蚀RC纤维模型承载力、累计耗能和极限位移误差分别降低12.8%、23.5%和14.2%,表明所建模型可合理计算钢筋滑移的贡献且准确预测锈蚀RC柱地震整体响应。

锈蚀箍筋约束混凝土本构模型研究

为研究锈蚀箍筋约束混凝土的本构模型,对箍筋锈蚀率、箍筋直径、箍筋间距、混凝土保护层等不同的混凝土棱柱体轴压试验数据进行了分析,得到各试件的混凝土应力-应变曲线;根据应力-应变曲线的形状和走势,并通过与现有约束混凝土本构模型的对比分析,提出了锈蚀箍筋约束混凝土本构模型的表达式;运用MATLAB软件对锈蚀箍筋约束混凝土的应力、应变数据进行非线性拟合,得到锈蚀箍筋约束混凝土本构模型的形状控制参数;最后对锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变曲线形状控制参数、峰值点参数进行了回归分析,建立了锈蚀箍筋约束混凝土本构模型及其峰值点参数的计算模型。

锈蚀箍筋约束混凝土短柱轴心受压性能试验研究

制作了5个150mm×150mm×450mm的钢筋混凝土棱柱体试件,采用外加直流电的方式对其中4个试件内的箍筋进行了快速锈蚀,并对试件进行了轴心受压试验研究。通过试验测得了锈蚀箍筋约束混凝土的应力-应变曲线,分析了箍筋锈蚀量对约束混凝土应力-应变曲线的影响,并分析了箍筋锈蚀对约束混凝土试件的承载力和延性的影响。

锈蚀箍筋约束混凝土的本构关系模型

在役钢筋混凝土结构的箍筋往往发生锈蚀,对约束混凝土的应力-应变关系具有显著影响。鉴于此,综合考虑箍筋锈蚀对峰值应力和应变软化段斜率的影响,建立了锈蚀矩形箍筋约束混凝土的本构关系模型。首先揭示了箍筋锈蚀对约束混凝土应力-应变关系曲线的影响规律;然后基于36组锈蚀矩形箍筋约束混凝土棱柱体的轴压试验,建立了锈胀裂缝宽度和配箍特征值与峰值应力和应变软化的修正系数之间的关系;进而在经典的Kent-Scott-Park模型基础上,通过引入峰值应力和应变软化的修正系数来考虑箍筋锈蚀的影响,建立了锈蚀矩形箍筋约束混凝土的本构关系模型。分析结果表明,模型预测结果与试验数据吻合较好;随着锈胀裂缝宽度的增大,约束混凝土的峰值应力逐渐降低,而应变软化段的斜率逐渐增加。

混凝土柱中箍筋锈蚀影响纵筋压屈行为分析

为了估算箍筋锈蚀对混凝土柱剩余承载力的影响,利用能量原理推导了锈蚀箍筋抗拉刚度和锈蚀纵筋抗弯刚度退化情况下纵筋压屈模态的计算模型;列出了锈蚀纵筋压屈的1阶、2阶和3阶模态所对应的临界刚度系数Kcr,n;提出了根据箍筋锈蚀率推断纵筋压屈模态的判别式,其理论计算结果与计算机仿真试验结果能很好吻合.基于197根锈蚀钢筋的压屈试验,建立了锈蚀纵筋压屈模态与承载力之间的函数关系.所提出的计算模型可为既有混凝土柱剩余承载力评估中考虑箍筋锈蚀因素提供依据.

箍筋锈蚀钢筋混凝土梁数值模拟

依据试验结果,运用有限元软件对均布荷载作用下箍筋锈蚀钢筋混凝土梁作了弹塑性数值模拟计算。根据分析结果,对其抗剪机理及破坏时裂缝形式了探讨,揭示了随箍筋锈蚀率的变化,钢筋混凝土梁的抗剪极限承载力劣化,破坏裂缝形式发生变化。为今后进行数值试验和影响因素分析作了初步研究。

箍筋锈蚀约束混凝土力学性能退化数值模拟

为研究箍筋锈蚀对约束混凝土的影响,运用ABAQUS有限元软件对不同锈蚀率箍筋约束混凝土轴心受压构件进行分析,并引入配箍特征值λv表征箍筋不同锈蚀率ηs对构件的影响。分析结果表明:随着箍筋锈蚀率的增大,约束混凝土的承载力和变形能力均有不同程度的下降。通过对数据的回归分析,建立了箍筋锈蚀后约束混凝土应力-应变模型。

箍筋锈蚀影响因素分析

钢筋锈蚀是影响混凝土耐久性的首要因素,基于目前国内外对钢筋锈蚀的研究现状,对比工程实际中箍筋锈蚀相对纵筋锈蚀程度更严重的现象,从箍筋锈蚀机理、混凝土材料自身特点及正常使用条件下混凝土构件的带裂缝工作状态出发,分析了以上各因素对箍筋锈蚀速度的影响,为今后进一步研究箍筋锈蚀问题提供参考。

矩形箍筋锈蚀后核心混凝土应力场分析与有效侧向约束的确定

对钢筋混凝土结构中箍筋锈蚀的研究在国内外还处于起步阶段。作为钢混结构中最先发生锈蚀的筋种,箍筋的锈蚀率往往较之主筋要大,不仅削弱了对核心混凝土的侧向约束,其锈蚀膨胀产生的应力场对核心混凝土的力学性能也会有较大的影响。本文以钢筋混凝土中钢筋锈蚀的相关实验研究成果和理论分析为基础,对矩形箍筋锈蚀后核心混凝土应力场分布做出了理论分析,并对核心混凝土所受有效侧向约束效应做了理论分析,建立了计算公式。

箍筋锈蚀对斜截面安全度的影响

基于箍筋锈蚀程度比纵向受力钢筋锈蚀程度严重,很大程度影响钢筋混凝土受弯构件抗剪能力。借鉴文献相关理论,建立钢筋混凝土构件中箍筋锈蚀对斜截面安全度影响的计算模型,为正在服役的相关的钢筋混凝土提供安全使用的理论依据。