锈蚀钢筋混凝土梁承载力与刚度研究

论文摘要

混凝土结构耐久性问题是当今世界普遍关注的问题,钢筋的锈蚀是钢筋混凝土结构耐久性能降低的最主要的影响要素,因此锈蚀钢筋混凝土构件力学性能的研究显得尤为重要。本文结合国家自然科学基金项目(50478032)“既有钢筋混凝土桥梁时变可靠度研究”,进行了以下研究工作:1)通过对48根快速锈蚀钢筋混凝土梁的试验数据的分析,得出了不同钢筋锈蚀率下梁的破坏模式和裂缝的发展规律,以及跨中位置混凝土截面应变分布特性。对锈蚀梁的承载力综合折减系数进行了分析,研究了钢筋直径、钢筋种类对锈蚀梁承载力的影响,并通过数据的拟合分析,得出了综合折减系数的表达式。2)通过对应变数据的分析,论证了锈蚀构件钢筋和混凝土的应变不再符合平截面假定的结论,并通过回归分析得出了不同锈蚀率的钢筋混凝土梁在极限弯矩作用下,跨中截面处钢筋应变和钢筋处混凝土应变的关系。3)通过对锈蚀钢筋混凝土梁的破坏模式的分析,可知锈蚀钢筋混凝土梁随锈蚀率的增加具有不同的破坏模式,同时钢筋与钢筋对应位置混凝土应变也不再相等,考虑了上述因素后对锈蚀钢筋混凝土梁进行了承载力的分析,并用试验数据对计算方法进行验证。4)采用Msc.Marc软件对锈蚀梁进行了承载力的有限元分析。详细介绍了锈蚀钢筋混凝土梁的建模方法。探讨了锈蚀率对于梁的承载力、粘结应力,钢筋与对应位置混凝土的应变关系、裂缝特征等的影响。并基于有限元分析得出了协同工作系数的表达式。5)通过对锈蚀钢筋混凝土梁刚度数据的分析,得出了以抗弯刚度规范公式为基础进行修正的锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度计算方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 混凝土耐久性的研究背景及意义
• 1.2 钢筋锈蚀的机理与影响因素
• 1.3 锈蚀对钢筋混凝土构件的影响
• 1.3.1 锈蚀对钢筋力学性能影响的研究现状
• 1.3.2 锈蚀对混凝土力学性能影响的研究现状
• 1.3.3 锈蚀对钢筋与混凝土的粘结性能影响的研究现状
• 1.4 锈蚀钢筋混凝土构件的抗弯承载力研究现状
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 锈蚀钢筋混凝土梁承载力试验研究
• 2.1 试验概况
• 2.1.1 试验梁分组及材料设计
• 2.1.2 加速通电锈蚀试验设计
• 2.1.3 力学试验设计
• 2.2 承载力试验结果
• 2.2.1 破坏模式
• 2.2.2 裂缝发展
• 2.2.3 跨中截面混凝土应变分布
• 2.2.4 锈蚀钢筋混凝土梁承载力退化规律
• 2.3 本章小结
• 第三章 锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法
• 3.1 锈蚀钢筋混凝土梁的破坏模式
• 3.2 承载力计算方法
• 3.2.1 适筋梁与超筋梁破坏承载力
• 3.2.1.1 计算基本原理
• 3.2.1.2 计算步骤
• 3.2.1.3 模型验证
• 3.2.2 拉杆拱破坏承载力
• 3.2.2.1 计算原理
• 3.2.2.2 计算步骤
• 3.2.2.3 计算验证
• 3.3 本章小结
• 第四章 锈蚀钢筋混凝土梁承载力有限元模拟
• 4.1 钢筋混凝土梁模拟方法
• 4.1.1 单元选择及模型布置
• 4.1.2 混凝土的模拟方法
• 4.1.3 钢筋的模拟方法
• 4.1.4 钢筋与混凝土间的粘结的模拟方法
• 4.2 锈蚀钢筋混凝土梁有限元计算结果
• 4.2.1 荷载位移曲线
• 4.2.2 钢筋与混凝土粘结力分布
• 4.2.3 钢筋与对应位置混凝土应变关系
• 4.2.4 裂缝特征
• 4.3 基于有限元的协同工作系数
• 4.4 本章小结
• 第五章 锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度研究
• 5.1 锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度的研究现状
• 5.2 截面抗弯刚度的计算方法
• 5.2.1 材料力学截面刚度计算方法
• 5.2.2 我国规范采用的截面短期抗弯刚度计算方法
• 5.3 锈蚀后截面短期抗弯刚度的计算
• 5.3.1 锈蚀后截面抗弯刚度计算模型
• 5.3.2 梁刚度退化系数分析
• 5.3.3 锈蚀钢筋应变不均匀系数退化系数
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录