锈蚀钢筋混凝土柱力学性能退化研究

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混凝土结构是我国目前工民建中使用最多的结构形式,但是由于环境介质腐蚀,严重影响混凝土的耐久性。大气自然环境中腐蚀介质侵蚀混凝土,引起混凝土碳化、钢筋锈蚀,严重情况将会出现钢筋锈断、混凝土胀裂和剥落等劣化破坏现象,以上是成为反映一般环境下损伤混凝土结构耐久性的一般表象。箍筋离混凝土表面很近,较纵筋更容易接触腐蚀介质环境,锈蚀引起箍筋有效受力面积减小、强度及性能退化,同时锈胀也引起保护层劣化甚至出现裂缝,失效的保护层对内部钢筋的保护作用减弱,纵筋锈蚀更加明显,进而导致对纵筋以及对核心区混凝土的约束作用降低,削弱了结构的承载能力。本文在已有试验研究基础上,通过理论分析和数值模拟结合的方法,研究了锈蚀钢筋混凝土柱的力学性能退化规律,提出了钢筋锈蚀引起结构承载力退化的理论公式和相关结论,为钢筋锈蚀引起结构承载能力退化的实际工程的剩余承载力计算评估和维修加固提供一定程度的理论参考。本文通过理论对比分析锈蚀钢筋力学性能的退化规律以及锈蚀钢筋对混凝土柱构件承载力的影响,采用了合适的锈蚀钢筋本构模型、混凝土本构模型、钢筋-混凝土之间粘结-滑移本构模型,建立了ABAQUS有限元分析锈蚀钢筋混凝土柱计算模型,研究了不同钢筋锈蚀率混凝土柱力学性能退化规律。通过对有限元分析结果进行整理分析,钢筋锈蚀程度越大,构件的峰值应力、峰值应变降低程度越大;从每组构件应力-应变曲线对比图可以看出,钢筋锈蚀率的越大,相同应变状态对应的应力值下降(即应力-应变曲线大部分区段下移),并且峰值应力过后曲线下降段越来越陡峭。以相关试验为基础,选取适当的本构模型进行有限元建模,对比试验结果,验证了模拟的合理性和精确性,分析了试件力学性能变化规律,提出了锈蚀箍筋混凝土柱轴压极限承载力退化的计算公式,继而进一步提出锈蚀钢筋混凝土柱分别在轴压和偏压状态下的极限承载力计算公式。在相同条件下,分别改变箍筋间距和保护层厚度,分析构件在轴压和偏压情况下的力学性能变化规律。
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