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。

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。

锈蚀钢筋混凝土粘结强度试验

通过对配筋混凝土试块的实验室快速锈蚀,研究了锈蚀钢筋混凝土粘结强度的变化规律,并采用ICT技术观测了混凝土锈蚀裂缝。研究表明,混凝土保护层锈蚀裂缝沿钢筋径向的发展具有明确的方向性,且随着锈蚀率的增大,锈蚀试块呈现显著的脆性劈裂破坏特征,粘结强度与极限滑移量的衰减受锈蚀量、混凝土保护层厚度以及混凝土抗拉强度等影响,建立了以锈蚀产物厚度、混凝土相对保护层厚度与抗拉强度为独立参数的锈蚀钢筋混凝土粘结强度经验公式,与国内外实验结果的对比验证了模型的合理性。

锈蚀钢筋混凝土梁粘贴钢板加固试验研究

制作了7根配筋率为0.81%的钢筋混凝土适筋梁,模拟既有钢筋混凝土结构在受荷后的实际状况,对其中的6根梁经预裂加载后采用电化学方法进行快速锈蚀,锈蚀试验按钢筋锈蚀率3%、6%和9%分为3组。采用粘贴钢板法对每组中的1根锈蚀钢筋混凝土梁进行了加固处理。通过加载对比试验研究表明:粘贴钢板加固锈蚀钢筋混凝土梁的正截面应变符合平截面假定,且正常使用性能得到明显改善、承载力达到了预期增强效果。粘贴钢板有效地减小了锈蚀钢筋混凝土梁的裂缝宽度和延伸高度,挠度变化呈现弹塑性变形特征,延性破坏特征明显。加固梁基本上发生钢筋钢板屈服后的受压区混凝土压碎破坏,其承载力受钢筋锈蚀率的影响较小。采用U型钢板箍辅以螺栓锚固梁底的粘贴钢板,是保证粘贴钢板与锈蚀钢筋混凝土梁协同工作的必要措施。

碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

通过10根碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁和2根锈蚀钢筋混凝土梁的弯曲疲劳试验,研究了钢筋锈蚀率、碳纤维布加固量、荷载比、加固前损伤等因素对碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁弯曲疲劳性能的影响。试验结果表明,碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁的典型疲劳破坏过程仍具有三阶段发展规律,但其第二阶段在整个发展过程中所占的比例有所下降。钢筋的疲劳性能是控制加固梁疲劳破坏的主要因素,随着钢筋锈蚀率的增加,梁的疲劳寿命急剧缩短,其破坏形式为受拉钢筋脆性断裂,外贴碳纤维布加固则能明显改善锈蚀钢筋混凝土梁的弯曲疲劳性能、提高梁的疲劳寿命,避免锈蚀钢筋疲劳断裂后梁突然失去承载力。基于此,提出了采用粘贴碳纤维布提高锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能的设计步骤。荷载水平提高以及加固前的损伤均会降低混凝土梁的疲劳寿命,因此在钢筋混凝土结构使用过程中应尽量避免超载现象,并应及时对损伤结构进行修复、加固。

CFRP加固锈蚀钢筋混凝土柱承载力试验研究

设计制作12根钢筋混凝土试验柱,研究在轴心受压、小偏心受压和大偏心受压条件下试验柱承载力的降低规律和碳纤维布(CFRP)加固后锈损柱承载力恢复的规律。

CFRP加固锈蚀钢筋混凝土柱抗震性能研究

钢筋锈蚀是引起在役结构抗震性能降低的主要原因。想要正确评估锈蚀结构在地震作用下的损伤,则需要以锈蚀钢筋混凝土构件为研究对象,研究其抗震性能的降低情况。因此,采用外加电流加速混凝土中钢筋锈蚀的方法制作4个锈蚀钢筋混凝土试件,对其中3个锈蚀钢筋混凝土试件进行CFRP加固处理,通过水平往复荷载下的试验,研究CFRP加固对锈蚀试件的承载力、延性和滞回性能的影响。

锈蚀钢筋混凝土矩形梁抗弯刚度研究

钢筋与混凝土之间的粘结力退化是引起锈蚀钢筋混凝土矩形梁抗弯刚度退化的主要因素。研究发现光圆钢筋与混凝土的粘结机理和螺纹钢筋与混凝土的粘结机理有本质区别。在给出不同锈层厚度以及荷载等级下钢筋混凝土矩形梁挠度试验结果的基础上,分析了37根钢筋混凝土矩形梁的抗弯刚度受锈层厚度影响的差异。详细阐述了试验室条件下钢筋混凝土矩形梁的制备过程、电化学加速锈蚀试验的设计依据、以及锈蚀梁静载试验方案。在对锈蚀钢筋混凝土矩形梁挠度试验结果以及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)计算结果的对比分析基础上,给出了光圆钢筋和螺纹钢筋混凝土矩形梁随锈层厚度变化的刚度退化系数计算建议公式,进而提出了公路混凝土桥梁中锈蚀受弯构件抗弯刚度计算的建议方法,可为既有公路混凝土桥梁耐久性评估提供参考依据。

微锈蚀钢筋混凝土高温后粘结锚固性能试验研究

为研究高温对锈蚀钢筋混凝土结构粘结锚固性能的影响,对锈蚀试件(锈蚀率为1.08%)与非锈蚀试件先进行高温试验(20℃、200℃、400℃、600℃、800℃),再进行中心拔出试验。试验结果表明:随温度的升高,锈蚀试件与非锈蚀试件粘结强度均呈下降趋势,与非锈蚀试件相比,锈蚀试件在温度不超过400℃时,其粘结强度下降趋势较为平缓。分析了高温作用后混凝土抗压强度、钢筋极限强度、钢筋与混凝土间粘结强度三者之间的关系,并建立了考虑不同温度、不同锈蚀率等因素影响下钢筋与混凝土的粘结-滑移关系式。

预应力CFRP加固锈蚀钢筋混凝土梁试验研究

采用电化学快速锈蚀方法在实验室内制作锈蚀钢筋混凝土梁,进行了预应力CFRP加固后的受力性能对比试验,主要研究钢筋锈蚀率对预应力CFRP加固效果的影响。结果表明,预应力CFRP明显减小了加固梁的裂缝宽度和延伸高度,增大了加固梁的抗弯刚度,使其正常使用性能得到显著改善;等量预应力CFRP对不同锈蚀率的加固梁极限承载力的提高效果基本相同,但锈蚀率大的加固梁以CFRP拉断为破坏形态;对CFRP施加预应力可发挥CFRP的高强材料性能。

部分锈蚀钢筋混凝土结构动力特性的数值分析

钢筋的锈蚀将使其有效截面面积减小,并导致钢筋与混凝土间的粘结性能退化,进而对结构的动力特性产生一定影响。采用有限元分析方法,对钢筋发生锈蚀后的钢筋混凝土框架结构的动力性能进行了数值模拟,探讨了钢筋混凝土框架结构在不同位置发生钢筋锈蚀损伤时结构固有频率的变化情况。结果表明:结构的固有频率不仅与钢筋锈蚀程度有关,还与锈损位置密切相关。

疲劳加载下锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度的试验研究

通过13根钢筋混凝土试验梁的加速锈蚀试验与疲劳加载试验,研究了锈蚀钢筋混凝土梁在疲劳反复荷载作用下的破坏形态及刚度变化.试验结果表明:所有锈蚀后的试验梁在循环加载到一定次数后,均发生以某一根主筋疲劳断裂为标志的疲劳破坏;未锈蚀的试验梁在循环加载200万次后不发生疲劳破坏,并且疲劳作用对未锈蚀梁的静力破坏形态及极限承载能力没有实质影响.分析了疲劳作用下锈蚀钢筋混凝土梁刚度的变化规律,发现其存在明显的两阶段特征,即缓慢减小并趋于稳定.根据试验实测数据,引入分别考虑钢筋锈蚀与疲劳作用的刚度修正系数,定量化地提出了疲劳加载下锈蚀钢筋混凝土梁刚度的修正计算公式,并对公式计算值与试验实测值进行了对比验证.该公式可用于锈蚀钢筋混凝土梁桥在长期活载作用下挠度变形的计算与评估.

锈蚀钢筋混凝土构件可靠度模糊评价

众多的影响因素，使钢筋混凝土单一构件的可靠度评价仍停留在特定条件下的定性认识阶段，探求简单、合理的定量分析方法很有必要．针对锈蚀钢筋混凝土构件可靠度影响因素的不确定性，在专家经验的基础上，应用模糊数学方法，建立了锈蚀钢筋混凝土构件可靠度模糊评价的因素集和权重集，提出了一种可靠度模糊评价的分析方法，进一步对锈蚀钢筋砼构件可靠度进行了评价，并通过实例验证了该方法的可行性．

锈蚀钢筋混凝土梁剩余抗弯承载力评估

锈蚀钢筋混凝土梁出现锈胀裂缝后即进入裂缝修复期,在裂缝修复期间锈蚀梁仍然需要必要的安全储备。分析锈蚀钢筋混凝土梁受力机理的基础上,通过锈蚀钢筋应变滞后比,合理考虑锈蚀钢筋与混凝土的协同工作性能,提出了更合理的锈蚀钢筋混凝土梁的剩余抗弯承载力评估方法。

锈蚀钢筋混凝土框架地震损伤性能研究

为研究地震作用下锈蚀钢筋混凝土框架的损伤发展特点及抗震性能退化规律,进行锈蚀钢筋混凝土框架的拟静力加载试验。共设计制作5榀单层单跨钢筋混凝土框架,采用全浸泡通电加速锈蚀法对其中4榀框架的纵筋进行加速锈蚀。研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土框架地震破坏模式、残余变形、裂缝发展、强度退化、刚度退化以及耗能能力等的影响。研究结果表明:纵筋锈蚀对钢筋混凝土框架的地震损伤发展影响显著。与未锈蚀框架相比,锈蚀框架在拟静力荷载作用下的损伤更集中,发展更快;钢筋混凝土框架的承载能力、变形能力以及耗能能力随着锈蚀率的增大而降低。且与承载能力相比,钢筋混凝土框架的变形能力及耗能能力受锈蚀率影响更显著;随着钢筋锈蚀率的增大,锈蚀框架在较小的位移幅值即出现明显的强度退化。

锈蚀钢筋混凝土大偏心受压构件承载力计算方法研究

受压构件是结构的主要受力杆件。混凝土中钢筋锈蚀造成结构性能退化进而影响到结构的承载力,本文在已有研究成果的基础上,立足现行计算理论,提出锈蚀大偏心受压构件承载力计算模型,为混凝土结构耐久性评估提供科学依据。

锈蚀钢筋混凝土柱的强度-变形分析模型

对锈蚀钢筋混凝土柱的抗震性能进行了试验研究,分析锈蚀试件的破坏过程和破坏特点,重点研究了柱纵筋锈蚀率和轴压比对锈蚀钢筋混凝土柱受力性能的影响。在试验研究基础上,对反复荷载作用下钢筋混凝土柱的分析模型进行修正,建立了锈蚀钢筋混凝土柱的压-剪-弯交互作用分析模型,应用改进斜压场理论、传统截面分析法对锈蚀钢筋混凝土柱的受剪机理、受弯机理进行分析,通过锈蚀压弯构件轴向应变的变形协调将受弯模型和受剪模型结合,最终计算获得锈蚀钢筋混凝土柱的承载能力和极限变形,并通过12根锈蚀钢筋混凝土柱的试验结果对建议分析模型进行了验证。研究结果表明:锈蚀钢筋混凝土柱承载能力试验值与计算值之比的平均值为1.107,方差0.010,吻合较好;锈蚀试件按建议分析模型计算得到的极限变形与试验数据接近,平均值为0.873,方差0.051。因此,建议模型可分析水平反复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土柱的极限变形和承载能力。

基于粘结强度变化的锈蚀钢筋混凝土梁受弯承载力的研究

基于锈蚀钢筋混凝土梁内钢筋与混凝土间粘结强度随锈蚀量的变化,对锈蚀梁的抗弯承载力进行了研究。钢筋锈蚀量较小时,锈蚀梁内钢筋与混凝土间粘结强度随锈蚀量增加而增加,锈蚀梁的力学性能同未锈蚀梁,可运用传统的梁理论计算锈蚀梁的抗弯承载力;随着钢筋锈蚀量的增加,钢筋与混凝土间粘结强度发生退化,锈蚀梁的力学性能介于粘结完好梁与无粘结梁之间,与传统的计算梁的抗弯承载力的方法不同,应考虑梁的各截面间相互作用。基于梁整体的受力平衡和变形协调,建立了考虑梁内粘结强度退化的锈蚀梁抗弯承载力模型。最后,通过54根锈蚀梁承载力试验结果,对文中建立的模型进行了验证分析,结果十分满意。

FRP加固锈蚀钢筋混凝土梁的受弯性能分析(英文)

采用Ansys有限元软件对8根不同锈蚀率的FRP片材加固钢筋混凝土梁的受弯性能进行数值分析,研究纵筋锈蚀率对FRP加固梁的裂纹开展、破坏模式、承载能力以及延性和变形能力的影响.研究结果表明:低钢筋锈蚀率的梁发生受压区混凝土压碎破坏;中等锈蚀率的梁钢筋屈服后,钢筋与混凝土界面发生黏结滑移,最后FRP剥离破坏;高锈蚀率的梁钢筋没有达到屈服强度便发生黏结滑移,最后发生受压区混凝土压碎破坏.钢筋锈蚀越严重,FRP加固钢筋混凝土梁的承载力降低得越多.试件RCB-1(锈蚀率为0)的承载力为115 kN,而试件RCB-7(锈蚀率为20%)的承载力仅为42 kN.与FRP加固未锈蚀的钢筋混凝土梁相比,FRP加固锈蚀钢筋混凝土梁的变形能力较高.试件RCB-1和试件RCB-7的最大跨中挠度分别为20 mm和35 mm,而试件RCB-5(锈蚀率为10%)的最大跨中挠度达到了60 mm.

CFRP加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力可靠性

为了研究锈蚀的钢筋混混凝土梁在加固前后可靠度指标的变化规律以及荷载效应比对可靠度指标的影响,采用碳纤维布对一根锈蚀率为8%的钢筋混凝土梁正截面进行加固,并进行加固前后可靠度指标的计算。选取5组不同的荷载效应比,采用JC法计算梁的可靠度指标。分析结果表明：钢筋锈蚀到一定程度后,无法满足承载力要求,可靠度指标偏低;采用碳纤维布进行加固后,梁抗弯承载力提升显著,可靠度指标提升36%～41%左右,说明采用碳纤维对锈蚀的钢筋混凝土梁加固很有效;对梁正截面加固前后,结构的可靠度指标都随着荷载效应比的增大而减小;在一定范围内增加CFRP的面积,每增加一层,可靠度指标提升4%左右。