钢筋混凝土保护层初始开裂研究及仿真模拟

论文摘要

钢筋锈蚀引起的钢筋混凝土结构破坏造成巨大的经济损失与人员伤亡，引起了工程界的广泛关注。目前，各国学者已纷纷投入研究，并取得一定的成果，但因混凝土结构本身材料的离散性、复杂性等属性，使理论研究和试验研究的结果与实际情况有一定偏差，钢筋混凝土结构的损伤及破坏行为还有待进一步深入研究。钢筋锈蚀时，对周围的混凝土产生挤压，当混凝土的受拉应力超过其抗拉强度，混凝土保护层将会出现径向或顺筋开裂，使外界离子更易侵入钢筋表层，进一步加剧钢筋锈蚀。当钢筋锈蚀到一定程度时，裂缝贯穿整个混凝土保护层，最终导致构件或结构的破坏，严重影响结构的耐久性和在役寿命，研究钢筋锈蚀引起的混凝土保护层开裂具有重要意义。本文主要研究内容如下：（1）将钢筋锈蚀引起的混凝土结构破坏模型简化为一个厚壁圆环，采用弹塑性力学的方法对简化模型的受力情况进行分析，并得到力学计算模型；（2）比较了现有的锈胀力和锈蚀率计算模型，通过选择合理的模型参数，对各计算模型进行对比，指出了各模型存在差异；（3）使用ANSYS有限元软件，模拟钢筋均匀锈蚀的情况，考虑到单根钢筋、相邻钢筋和角区位置钢筋的情况，设定模型参数，计算出混凝土保护层初始开裂时锈胀力，并对各个影响因素作了详细分析，应用Matlab软件对计算结果进行拟合，建立了混凝土保护层初始开裂时的计算模型；（4）基于有限元计算结果，建立了混凝土保护层初始开裂时锈胀力与锈蚀率的关系式，并得到混凝土保护层初始开裂时间的计算式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 混凝土中钢筋锈蚀的机理
• 1.2.2 钢筋锈蚀引起的钢筋混凝土结构破坏概述
• 1.2.3 混凝土保护层开裂研究现状
• 1.2.4 钢筋锈蚀的防护措施
• 1.2.5 混凝土结构耐久性寿命
• 1.3 存在的问题
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 钢筋混凝土锈胀开裂的理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 混凝土保护层开裂弹塑性力学分析
• 2.3 现有计算模型
• 2.3.1 现有保护层开裂的锈胀力模型
• 2.3.2 现有保护层开裂钢筋锈蚀率模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 钢筋锈蚀引起的保护层开裂有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 模型选择
• 3.2.1 ANSYS 仿真分析单元类型的选择
• 3.2.2 Von Mises 屈服强度准则
• 3.2.3 D-P 两参数强度准则
• 3.2.4 SOLID65 单元的破坏准则
• 3.2.5 混凝土材料的本构关系
• 3.3 有限元分析模型
• 3.3.1 分析模型
• 3.3.2 建立几何模型
• 3.3.3 建立有限元模型
• 3.3.4 定义荷载
• 3.4 有限元仿真计算结果
• 3.4.1 单根钢筋一般情况
• 3.4.2 考虑钢筋间距情况
• 3.4.3 钢筋位置对混凝土开裂的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 保护层初始开裂时刻锈蚀率与锈胀力研究
• 4.1 引言
• 4.2 混凝土保护层初始开裂时刻锈蚀率与锈胀力的关系
• 4.3 混凝土保护层初始开裂时间的确定
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生期间公开发表的论文和参加科研情况