基于ANN和XGB算法的锈蚀钢筋混凝土高温粘结强度预测方法

为准确评估锈蚀钢筋混凝土(CRC)结构在突发火灾下的结构承载力,锈蚀钢筋混凝土高温粘结强度的统一预测方法研究亟待开展。然而,粘结退化机理复杂,粘结因素众多,实验方法不能考虑所有粘结因素的相关复杂关系的影响。在现有大量试验数据的基础上,采用机器学习方法可以有效地通过数据建立输入和输出特征之间的回归关系。该文利用ANN和XGB两种机器学习算法建立了一个统一的锈蚀钢筋混凝土高温粘结强度预测模型。基于612组高温锈蚀钢筋混凝土的试验研究数据,进行模型训练和测试。结果表明:ML模型的预测结果与实验结果十分吻合。此外,针对机器学习算法本身存在的黑盒子问题,使用SHAP方法来解决锈蚀钢筋混凝土高温粘结强度预测过程中的模型可解释性问题。同时,还将ML模型的计算结果与三种理论计算公式的结果进行了比较,结果表明:ML模型具有明显的优势。新构建的混合机器学习模型很有可能成为准确评估CRC结构经受高温后的损伤程度问题的新选择。

加载速率对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响

为探究加载速率对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响,开展16根RC梁(质量损失率0%~8.7%)在不同加载速率(0.5~300 mm/min)下的粘结性能测试,据此提出考虑加载速率和钢筋锈蚀影响的粘结强度计算公式,并开展锈蚀钢筋混凝土梁粘结力学行为的数值模拟,分析高加载速率(30~30000 mm/min,应变率10^(-4)~10^(-1)s^(-1))下锈蚀梁的粘结滑移力学行为。研究表明:(1)加载速率对锈蚀钢筋混凝土梁式试件的粘结应力-滑移曲线形状以及粘结强度与残余粘结强度的比值影响不大;(2)随着加载速率的增加,锈蚀钢筋与混凝土的粘结强度和残余粘结强度显著增加,粘结区应力峰值显著增加并逐渐向加载端靠近;(3)本工作提出的考虑加载速率和钢筋锈蚀影响的粘结强度计算公式在0.5~30000 mm/min的加载速率范围内有很好的适用性。

隧道衬砌锈蚀钢筋的热效应及红外检测方法

隧道衬砌受腐蚀环境、材料劣化以及地下水的影响,衬砌钢筋锈蚀将成为衬砌后期服役的主要病害之一,钢筋锈蚀以及产生的顺筋裂缝直接威胁衬砌的耐久性和安全性,为此,及时检测钢筋锈蚀程度十分重要。目前的检测方法以接触式测量为主,效率低,为探究非接触快速检测的可行性,采用室内试验和数值分析相结合的方法,深入研究了浅层钢筋锈蚀的热传导规律,分析了主动热激励条件下钢筋锈蚀程度和混凝土保护层厚度对衬砌表面温度场的影响规律。结果表明:主动热激励条件下锈蚀产物表面分布区在热像图中表现为高温区;钢筋锈蚀率为4.36%~23.16%时,衬砌表面温差为2.3℃~4.4℃;试件表面温差随钢筋锈蚀程度的增加而增大,呈现三次函数的关系;而混凝土保护层厚度与表面温差呈明显的负相关性,保护层厚度越大,温差越小。夏季时由于衬砌内外温差导致的热传导效应将在钢筋锈蚀位置的衬砌表面产生,通过红外热像仪检测衬砌表面的温度分布,结合衬砌表观特征,可以综合判定钢筋的锈蚀程度,为钢筋锈蚀的快速检测提供了新的方法和技术手段。

锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的试验研究

为探究不同因素对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响,以高温环境为切入点,制作5组不同锈蚀程度的钢筋混凝土试件,并对不同试件开展“高温+抗压”“高温+拉拔”试验,分析受高温影响后不同锈蚀程度的钢筋与混凝土之间的粘结性能退化。结果表明:钢筋锈蚀率在0~2%的情况下,粘结程度会受锈蚀率的提升而增大;锈蚀率为5%时,粘结性能受锈蚀程度的影响较小;锈蚀率高于5%时,随锈蚀率的提升粘结性能不断下降。在加热试验中,温度在400℃以内,锈蚀钢筋与混凝土的粘结性能差异并不显著;但超过400℃之后,温度越高,锈蚀钢筋与混凝土的粘结性能越差。

某框架剪力墙结构锈蚀钢筋力学性能及粘结强度损失鉴定分析

钢筋锈蚀将影响其与混凝土之间的粘结强度,并对钢筋混凝土结构的安全性及耐久性产生影响。论文以某钢筋混凝土框架剪力墙结构为例,从锈蚀钢筋的外观质量、力学性能、锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结强度等方面进行了检测和试验分析,并和同规格的未锈蚀钢筋性能进行对比。结果表明,该工程钢筋锈蚀引起的钢筋重量偏差及力学性能指标损失值均在规范允许的范围之内,经除锈处理后可继续使用。该工程钢筋锈蚀对钢筋与混凝土之间的粘结强度无明显影响,但应对锈蚀钢筋作除锈处理。本文为类似工程问题的处理提供了技术参考。

往复荷载下锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的试验研究

针对钢筋混凝土结构在服役过程中钢筋锈蚀以及承受往复荷载工况下引起的钢筋混凝土材料耐久性能劣化会对钢筋混凝土间的粘结性能产生影响,设计并制作了48根粘结区带裂缝的钢筋混凝土梁式试件,以研究在承受不同往复荷载工况(往复荷载幅度分别为极限荷载的0%、10%、20%及30%)、四种钢筋锈蚀率(0%、3%、5%及7%)以及往复荷载与钢筋锈蚀耦合工况下钢筋与混凝土粘结性能的变化情况。结果表明:钢筋锈蚀会影响试件破坏状态;施加往复荷载过程中残余滑移的增长主要发生在前六个循环,且残余滑移随着钢筋锈蚀率以及往复荷载幅度的增加而增大;耦合工况会进一步促进粘结性能的劣化,且粘结强度损失率随着钢筋锈蚀率和往复荷载幅度的增加而增大。该研究可为对应工况下钢筋混凝土构件的现状评估提供理论参考依据。

锈蚀钢筋的性能及其对混凝土粘结力影响分析

钢筋锈蚀是建筑工程中常见的问题之一,其对建筑物的受力和界面结合强度有较大的影响。文章从钢筋锈蚀的原因及危害出发,分析了锈蚀钢筋的性能,探究了锈蚀钢筋对混凝土粘结力的影响并提出了预防措施,为保障工程建设安全与耐久性,提高工程质量和工程效益,具有重要的理论意义和工程应用价值。

非均匀锈蚀钢筋混凝土梁的力学性能研究

由于环境的复杂性和材料的离散性,混凝土结构中钢筋的锈蚀往往是非均匀的,而高锈蚀区段的存在直接影响着结构的力学性能。为研究纵向非均匀锈蚀钢筋混凝土简支梁的力学性能,使用ABAQUS有限元软件建立了90个纵向非均匀锈蚀钢筋混凝土梁的精细有限元模型,重点分析了高锈蚀区钢筋锈蚀率差值、高锈蚀区长度和高锈蚀区位置3个参数对纵向非均匀锈蚀梁构件力学性能的影响。结果表明:高锈蚀区钢筋锈蚀率差值和高锈蚀区长度对梁的承载力和极限变形能力影响显著。高锈蚀区位置在梁上的变化易改变梁的破坏位置,引起梁破坏模式的转变。研究成果可为锈蚀钢筋混凝土结构的抗震性能评估提供参考。

锈蚀钢筋混凝土框架结构的抗震韧性评估

随着时间的增长,暴露于环境中的钢筋混凝土结构会不断地发生混凝土劣化和钢筋锈蚀,一旦发生地震等灾害,将会给结构带来较大损伤。采用基于纤维梁单元的时变锈蚀损伤模型,综合考虑了钢筋混凝土的大部分潜在锈蚀损伤模式,包括钢筋截面损失和钢筋压缩屈曲效应的劣化、保护层混凝土和核心混凝土的退化、以及应变渗透效应劣化。在此基础上,对锈蚀钢筋混凝土框架结构的抗震韧性进行了评估。建立了该框架在未锈蚀状态和3种不同锈蚀程度下的OpenSees有限元模型,采用非线性静力分析,考虑腐蚀情况下结构的震前系统功能损失。并通过非线性时程分析获得地震易损性曲线,计算震后由钢筋混凝土结构损坏和相关停工时间引起的直接和间接损失。考虑了线性、三角和负指数等3种恢复函数,并根据结构的损坏程度确定了震后修复时间,计算了结构在不同地震强度和锈蚀程度下的抗震韧性。结果表明,地震强度小于0.2 g时,抗震韧性基本保持不变,地震强度超过0.2 g时,结构抗震韧性曲线随着地震强度增加呈现明显的下降趋势,当地震强度达到0.8 g时,15%锈蚀率的结构抗震韧性降低到0.51;锈蚀率低于10%时,结构抗震韧性随着锈蚀程度增大而减小,但当锈蚀程度大于10%后,结构随着锈蚀率的增加,抗震韧性曲线基本保持重合。

锈蚀钢筋混凝土黏结滑移性能研究进展

钢筋锈蚀后与混凝土间黏结强度的退化是混凝土结构工作性能与服役寿命下降的主要原因之一。综合分析国内外研究成果,从锈蚀钢筋混凝土黏结性能、黏结-滑移本构关系以及数值计算模型3个角度出发,对锈蚀钢筋混凝土黏结滑移现状展开阐述。并结合试验课题研究,对目前国内外研究方向存在的不足以及趋势进行探讨,以期进一步完善锈蚀钢筋混凝土基本理论体系并为实际工程应用提供参考。

锈蚀钢筋-混凝土黏结性能退化试验研究

为研究锈蚀钢筋-混凝土的黏结性能及锈蚀钢筋-混凝土黏结性能的退化规律,设计制作了两组半梁式黏结试件,首先进行通电加速锈蚀,得到多组锈蚀钢筋半梁式试件;随后进行锈蚀钢筋-混凝土的黏结性能试验,使用穿心千斤顶,结合试件梁式受力的要求设计的反力架对试件钢筋进行拉拔,得到了锈蚀钢筋混凝土黏结强度和试件钢筋滑移量;试验加载完成后,取出黏结段钢筋,称重试验前后的黏结段钢筋,得到钢筋锈蚀率。通过整理分析试验数据,得到了锈蚀钢筋与混凝土黏结性能退化规律,为研究实际工程中的锈蚀钢筋混凝土构件的承载力评估提供了参考。

锈蚀钢筋的性能及其对混凝土粘结力的影响鉴定

为分析锈蚀钢筋的性能及其对混凝土粘结力的影响,首先对某建筑工程的锈蚀钢筋进行现场检测,然后测试锈蚀钢筋的重量偏差和力学性能,接着通过钢筋混凝土拉拔试验测试锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结力。检测及试验结果表明,该工程钢筋锈蚀对其重量偏差、力学性能和混凝土的粘结力均无显著影响,锈蚀钢筋的重量偏差及力学性能均满足规范要求,锈蚀钢筋与混凝土的粘结力符合安全要求,但浇筑混凝土前应对锈蚀钢筋进行除锈。

锈蚀钢筋混凝土梁动态抗弯性能细观数值研究

为研究锈蚀对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁动态力学性能的影响,考虑钢筋锈蚀和应变率效应及混凝土内部结构的非均质性,建立锈蚀钢筋混凝土梁两阶段三维细观尺度数值模型。钢筋的非均匀锈蚀膨胀以施加非均匀径向位移的方式模拟,并以保护层开裂“最终状态”作为之后混凝土梁动载模拟的“初始输入条件”,获得锈蚀后的动态力学行为。在验证了数值模型合理性的基础上,分析了钢筋锈蚀引起的保护层锈胀开裂行为及不同应变率下构件力学性能的变化。结果表明:钢筋锈蚀使混凝土梁产生了明显的纵向裂缝,梁的承载力随钢筋锈蚀率增加而降低;高应变率下,混凝土梁发生冲切破坏,梁的承载力显著提高;锈蚀混凝土梁承载力损失与锈蚀后梁频率降低系数(反映刚度损失)近似呈线性规律,且低应变率下的承载力对频率变化更加敏感。最后,基于模拟结果回归分析,发展建立了考虑锈蚀及应变率耦合影响的混凝土梁动态抗弯承载力预测公式。

基于ANSYS的锈蚀钢筋混凝土梁力学性能分析

对已有的8根锈蚀钢筋混凝土梁进行有限元建模和分析,得到钢筋腐蚀率为0%、5.0%和10.0%的钢筋混凝土梁的荷载-跨中挠度曲线。研究结果表明,较高的锈蚀率会对RC梁的刚度、承载能力以及破坏形式等产生不利影响,且通过和破坏试验的对比分析可以看出,通过有限元软件ANSYS能较准确地模拟锈蚀RC组件的力学行为。研究成果可在一定程度上对耐久性损伤结构的加固有参考意义。

不同钢筋位置下锈蚀钢筋混凝土梁粘结性能分析

为了研究锈蚀钢筋所处的不同位置对钢筋混凝土梁粘结性能的影响,本文对12个不同锈蚀纵筋位置的梁式试件进行了4点弯曲加载。试验结果表明:纵筋位于混凝土梁底角部试件与其位于梁底中部的试件相比,在理论锈蚀率为0%、1%、2%、4%、8%时粘结强度分别降低17%、20%、46%、26%、18%。基于试验结果,建立了考虑钢筋位置的锈蚀钢筋-混凝土界面平均粘结应力-滑移本构方程。基于ANSYS软件,利用粘结-滑移本构关系进行数值模拟。结果表明,考虑钢筋位置的粘结-滑移本构模型能够有效计算平均极限粘结应力,数值模拟值与试验值吻合较好。此外,本文提出考虑钢筋位置的钢筋混凝土梁随锈蚀率变化的极限粘结强度劣化模型。

锈蚀钢筋混凝土板柱节点抗冲切性能数值模拟

针对锈蚀钢筋混凝土(RC)板柱节点的抗冲切性能,考虑混凝土内部的非均质性和钢筋锈蚀的影响,建立了三维细观尺度数值模型;在模型中将混凝土视为由骨料、砂浆和二者之间界面过渡区组成的三相复合材料;锈蚀的影响从钢筋力学性能下降、保护层混凝土开裂退化及钢筋-混凝土黏结强度降低3个方面考虑;在验证模型合理性的基础上,对锈蚀RC板柱节点的冲切破坏行为进行了模拟,分析了破坏机理,并探讨了边界条件、冲跨比和锈蚀率等因素的影响。结果表明:三维细观模型可以较好地模拟锈蚀板柱节点的抗冲切行为;同尺寸板柱节点固支时的冲切承载力、峰值位移高于简支时,而两者刚度较为接近;随着锈蚀率的提高,板底钢筋网受拉范围增大,板破坏更加严重,固支与简支板柱节点的承载力下降减缓,刚度急剧下降,峰值位移增大,同时边界条件的影响减弱;固支试件的塑性变形能力受锈蚀率的影响较小;冲跨比越大的节点刚度、承载力越低,峰值位移越大,破坏后荷载下降越快,钢筋锈蚀对冲跨比大的节点承载力、刚度、峰值位移影响较小。

锈蚀钢筋混凝土柱残余承载力研究

沿海及周边地区的钢筋混凝土结构往往因钢筋锈蚀而导致混凝土结构发生开裂破坏、结构承载力降低,严重威胁钢筋混凝土结构的可靠性和安全性。针对氯盐环境中处于服役状态下的钢筋混凝土柱结构的力学性能退化规律进行研究,通过分析钢筋锈蚀引起的材料损伤机理,构建对应的钢筋与混凝土材料退化模型以及构件强度退化模型,计算锈蚀钢筋混凝土柱的残余承载力,并获得锈蚀柱的弯矩-轴力相互作用曲线。计算结果表明,锈蚀钢筋混凝土柱的承载力随锈蚀程度的上升而显著下降,对于大偏心受压情况,当锈蚀程度为6%~10%时,构件的承载力由于钢筋与混凝土界面的黏结强度损失而大幅降低,对于小偏心受压及轴压情况,当锈蚀程度接近5%时,构件的承载力由于受压区混凝土截面的几何损失、钢筋屈服强度降低与横截面面积减小而明显降低。

锈蚀钢筋应力-应变关系研究

从三种途径获取共267根锈蚀钢筋试件,其中,156根试验室外加电流锈蚀钢筋试件,35根大气环境自然裸露锈蚀钢筋试件,76根实际工程老构件中锈蚀钢筋试件.通过拉伸试验,研究了锈蚀钢筋力学性能变化规律,指出随着锈蚀的发展,钢筋屈服强度、极限强度、极限应变均发生退化,屈服平台缩短直至消失.同时,收集国内外已有锈蚀钢筋力学性能试验数据,建立了相应的数据库,经过统计、分析、比较后,得出了锈蚀钢筋弹性模量、屈服强度、极限强度、极限应变等力学性能特征值的回归公式和屈服平台消失时的临界截面锈蚀率.最后建立了不同环境条件下锈蚀钢筋的应力-应变关系数学模型.

疲劳荷载下锈蚀钢筋混凝土梁弯曲性能试验研究

通过8根锈蚀钢筋混凝土梁弯曲疲劳试验,研究了疲劳荷载下锈蚀钢筋混凝土梁破坏形态、疲劳强度与疲劳寿命及其变形性能。试验结果表明,锈蚀钢筋混凝土梁均发生了以钢筋疲劳断裂为标志的正截面弯曲疲劳破坏。随着钢筋锈蚀率的增大,锈蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命显著降低。根据试验结果并收集国内外26组试验数据,回归出95%保证率的锈蚀钢筋混凝土梁S-N曲线。根据理论分析和试验结果,提出疲劳荷载下锈蚀钢筋混凝土梁跨中挠度计算方法。研究结果为锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能评估提供了理论依据。

锈蚀钢筋混凝土压弯构件抗震性能试验研究

通过 1 0根锈蚀钢筋混凝土压弯构件在低周反复荷载作用下的试验研究 ,分析了经过自然暴露、快速电腐蚀后 ,再经氯离子干湿交替环境下的锈蚀钢筋混凝土压弯构件在不同轴压比下的破坏规律 ,讨论了钢筋锈蚀量对试件承载力、刚度、延性及耗能能力等抗震性能的影响 ,并与以往的试验结果进行了对比。试验表明 ,钢筋的锈蚀量和构件的轴压比是影响锈蚀钢筋混凝土压弯构件抗震性能的主要因素。