钢筋混凝土锈胀裂缝的演化过程研究

论文摘要

混凝土及其结构的耐久性问题为当今土木工程界的热点问题之一,已引起世界各国的重视。但由于混凝土结构耐久性问题本身的复杂性,目前的研究成果尚远远不能满足实际工程应用的需要。大量工程实例表明,在影响混凝土结构耐久性的诸因素中,钢筋的锈蚀是导致结构过早破坏、结构失效的主要因素。而混凝土中钢筋锈蚀的典型现象是:钢筋锈胀使保护层混凝土发生纵向劈裂裂缝、保护层胀裂破碎甚至剥落。这一方面会影响混凝土结构的承载能力,更重要的还会对结构的延性产生深远的影响,从而导致结构不能满足正常使用的要求。所以,充分认识锈胀裂缝的扩展过程对评估混凝土结构耐久性劣化程度至关重要。如果能建立保护层混凝土锈胀裂缝扩展的程度与钢筋锈蚀率的关系,一方面能为混凝土结构耐久性劣化的安全性分析提供理论基础;另一方面也能为根据锈胀裂缝宽度检测、估算在役结构中钢筋的锈蚀程度提供依据。本论文工作以混凝土结构中钢筋锈胀裂缝的扩展全过程为主线展开研究,借助于理论方法、试验手段和仿真技术力图揭示钢筋锈胀裂缝开裂机理。主要研究成果如下:1、基于弹塑性理论,考虑混凝土材料的徐变、混凝土构件中纵筋间距变化、混凝土相对保护层厚度c d及混凝土强度因素,建立了混凝土胀裂缝开裂时的钢筋临界锈蚀率模型;2、基于弹塑性理论,对混凝土构件锈胀开裂后裂缝的扩展过程进行了理论分析,并建立了混凝土构件锈胀裂缝开展模型;3、基于上述模型,对影响和制约胀裂裂缝开展的诸因素,如有效填充率参数n、箍筋的作用、保护层厚度等,进行了理论分析和试验研究,试验结果验证了所建模型的合理性;4、基于断裂力学理论,采用Franc2D软件,对混凝土构件中钢筋的锈胀过程进行了仿真分析。通过在源程序中引入界面模型的方式对钢筋与混凝土建模,模拟了混凝土锈胀裂缝开裂过程。仿真分析结果与理论分析和试验研究结果符合较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究现状
• 1.3 问题的提出
• 1.4 本文所做的工作
• 2 钢筋混凝土胀裂分析
• 2.1 临界锈蚀率研究
• 2.2 胀缝宽度与锈蚀率关系
• 2.3 分析与讨论
• 3 试验规划与设计
• 3.1 试验方法确定
• 3.2 试验方案制定
• 3.3 检测内容及检测方法
• 3.4 试件设计与制作
• 3.5 试验装置及测试仪器
• 3.6 试验过程
• 4 试验结果分析
• 4.1 临界锈蚀率
• 4.2 锈胀裂缝开口宽度
• 4.3 试验条件讨论
• 5 锈胀裂缝演化的仿真建模
• 5.1 混凝土断裂理论基础
• 5.2 Franc2D简介
• 5.3 影响因素的确定
• 5.4 仿真模型的构筑
• 6 仿真结果分析与讨论
• 6.1 临界锈蚀率
• 6.2 混凝土锈胀裂缝的扩展
• 6.3 小结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表的论文目录