基于时变的钢绞线锈蚀模型研究

论文摘要

钢筋锈蚀是预应力混凝土结构耐久性的主要问题之一,是影响预应力混凝土结构性能的主要因素。目前对预应力混凝土结构预应力筋锈蚀研究比较少,而对不同应力状态下预应力混凝土结构预应力筋锈蚀研究更少。因此本文结合国家自然科学基金项目“无粘结预应力混凝土结构的疲劳与耐久性研究”,对预应力混凝土结构在不同应力状态下钢绞线锈蚀问题进行研究。主要内容包括:1、通过对预应力混凝土结构中钢绞线初锈时间影响因素的分析,并基于试验数据拟合得出不同应力状态下氯离子扩散系数的经验公式,提出钢铰线初锈时间在不同应力状态下的数学模型,并对模型参数的选取和确定进行了深入讨论。2、对国内外混凝土中钢筋锈蚀模型研究现状作了一个较为全面的分析,并在氯离子侵入混凝土钢筋锈蚀速率计算模型的基础上,考虑锈蚀速率随温度、湿度的变化,提出氯离子侵蚀下钢铰线在不同保护层厚度、不同应力状态下,钢绞线锈蚀率随时间变化的数学模型。3、根据考虑不同应力状态下钢绞线初锈时间随混凝土保护层厚度和钢绞线锈蚀率随混凝土保护层厚度、锈蚀时间的随机模型,分别分析不同水灰比预应力混凝土构件在不同的环境条件、不同的钢绞线混凝土保护层厚度、不同的应力大小下,钢铰线初锈时间和锈蚀率的变化规律,为深入研究氯离子侵蚀钢绞线锈蚀量随时间变化提供依据。4、根据所建立的氯离子侵蚀钢绞线初锈时间的计算模型和钢铰线锈蚀率的计算模型,建立基于时变的锈蚀钢绞线本构关系。5、采用有限元程序ANSYS对不同锈蚀情况下的部分预应力混凝土梁进行有限元分析,并对部分预应力混凝土梁承载力、刚度随不同锈蚀时间的变化规律进行分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 混凝土中钢筋腐蚀过程研究的背景
• 1.2 混凝土中钢筋锈蚀问题研究现状
• 1.2.1 氯离子侵蚀钢筋锈蚀的研究
• 1.2.2 混凝土中钢筋的锈蚀机理
• 1.2.3 钢筋腐蚀速度及锈蚀程度
• 1.2.4 锈蚀钢筋的力学性能
• 1.2.5 锈后钢筋混凝土结构或构件承载力
• 1.3 预应力筋锈蚀的研究
• 1.3.1 普通钢筋混凝土结构中的钢筋锈蚀研究
• 1.3.2 预应力混凝土结构中的钢筋锈蚀研究
• 1.4 本文的研究目的和内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 氯离子侵蚀钢绞线初锈时间预测
• 2.1 无应力状态氯离子侵入混凝土的计算模型
• 2.2 应力状态下混凝土中氯离子侵蚀模型
• 2.2.1 氯离子侵蚀扩散系数的确定
• 2.2.2 应力状态下混凝土中氯离子侵蚀模型的建立
• 2.2.3 混凝土表面氯离子浓度算例
• 0的研究'>2.3 预应力混凝土结构中钢绞线初锈时间t₀的研究
• 2.3.1 影响钢绞线初锈时间的因素
• 0的研究'>2.3.2 不同应力状态下混凝土中钢绞线初锈时间t₀的研究
• cr的影响因素分析'>2.4 临界氯离子浓度C_cr的影响因素分析
• 2.5 混凝土表面氯离子浓度
• 2.6 钢绞线初锈时间的实例分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 钢绞线锈蚀预测模型
• 3.1 钢筋锈蚀速度预测模型的方法
• 3.2 钢筋锈蚀模型的研究
• 3.2.1 第一种钢筋锈蚀模型
• 3.2.2 第二种锈蚀模型
• 3.2.3 第三种锈蚀模型
• 3.3 钢绞线锈蚀模型的预测
• 3.3.1 预应力筋的特点
• 3.3.2 钢绞线的锈蚀特性
• 3.4 钢绞线的锈蚀模型的预测
• 3.4.1 锈蚀电流密度
• 3.4.2 氯离子侵蚀下锈蚀电流密度与温度、湿度的关系
• 3.4.3 锈蚀量
• 3.4.4 计算模型的推导
• 3.5 钢绞线的锈蚀实例分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于时变的预应力混凝土构件锈蚀分析模型
• 4.1 引言
• 4.2 基于时变锈蚀预应力混凝土构件本构关系
• 4.2.1 混凝土的应力—应变关系
• 4.2.2 均匀锈蚀钢绞线的本构关系
• 4.2.3 基于时变均匀锈蚀钢绞线的本构关系的推导
• 4.2.4 锈蚀钢绞线预应力混凝土结构单元模型
• 4.3 锈蚀梁有限元建模基本过程
• 4.3.1 锈蚀梁基本情况
• 4.3.2 锈蚀梁材料性质
• 4.3.3 模型的建立
• 4.4 有限元计算结果
• 4.4.1 构件的变形和应力
• 4.4.2 跨中混凝土的荷载一应力曲线
• 4.4.3 跨中钢绞线的荷载一应力曲线
• 4.4.4 构件荷载—挠度曲线
• 4.5 锈蚀钢筋混凝土梁有限元模型参数分析
• 4.5.1 构件刚度的时间变化规律
• 4.5.2 构件极限承载力的时间变化规律
• 4.5.3 梁跨中混凝土、钢筋应力的时间变化规律
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论和展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 进一步研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况