基于氯盐最不利侵蚀下锈蚀RC框架结构时变地震易损性研究

混凝土中氯盐腐蚀对钢筋锈蚀的防护措施研究一、引言随着现代建筑技术的不断发展，混凝土建筑成为了现代建筑中最常见的建筑形式之一。

但是，混凝土结构存在着氯盐腐蚀的问题，这不仅会影响混凝土结构的强度和耐久性，而且会导致钢筋锈蚀，从而严重影响混凝土结构的使用寿命和安全性。

因此，对混凝土中氯盐腐蚀对钢筋锈蚀的防护措施进行研究至关重要。

二、混凝土中氯盐腐蚀的原因1. 混凝土中原有的氯盐混凝土中原有的氯盐主要来自于原材料中的氯化物、污染物中的氯化物、水泥中的氯化钠等。

这些氯盐在混凝土中随着时间的推移逐渐析出，并且在潮湿的环境中，会形成氯离子，从而导致混凝土中氯盐含量过高。

2. 渗透进入混凝土结构中的外部氯盐外部环境中的氯盐也是混凝土中氯盐腐蚀的主要原因之一。

例如，海水、路面融雪剂、含氯的工业废水等都会渗透进入混凝土结构中，从而导致混凝土中氯盐含量过高。

三、混凝土中氯盐腐蚀对钢筋锈蚀的影响混凝土中氯盐含量过高会导致钢筋表面氯化物浓度过高，从而导致钢筋锈蚀。

钢筋锈蚀会使得钢筋的截面积减少，降低钢筋的抗拉强度，从而影响混凝土结构的强度和耐久性。

此外，钢筋锈蚀还会导致混凝土结构的裂缝和开裂，进一步影响混凝土结构的使用寿命和安全性。

四、混凝土中氯盐腐蚀对钢筋锈蚀的防护措施1. 混凝土配合比的优化设计混凝土配合比的优化设计是防止混凝土中氯盐腐蚀的重要措施之一。

通过优化混凝土配合比中的水泥用量、矿物掺合料的使用量、骨料的种类和质量等，可以减少混凝土中氯盐的含量，从而降低钢筋锈蚀的风险。

2. 混凝土表面涂覆防腐涂料混凝土表面涂覆防腐涂料也是一种防止混凝土中氯盐腐蚀的有效方法之一。

防腐涂料主要有有机涂料和无机涂料两种类型，可以在混凝土表面形成一层保护膜，从而防止氯盐的渗透和钢筋的锈蚀。

3. 钢筋防腐处理钢筋防腐处理是防止钢筋锈蚀的有效方法之一。

目前常用的钢筋防腐处理方法主要有热浸镀锌、热浸镀锡、喷涂防腐涂料等。

这些方法可以在钢筋表面形成一层保护膜，从而防止氯盐的渗透和钢筋的锈蚀。

考虑氯离子侵蚀的高桩码头时变地震易损性分析作者：苏雷王龙龙王建峰凌贤长来源：《振动工程学报》2024年第07期摘要：地震易损性分析是评估高桩码头结构抗震性能最有效的工具之一，它能够量化给定地震动参数下结构发生破坏的概率。

本文针对典型高桩码头结构，探究了氯离子侵蚀导致钢筋及混凝土材料性能退化的规律，基于开源数值计算平台OpenSees，对浪溅区桩基区域的截面特性考虑腐蚀效应，建立了高桩码头二维有限元模型，探讨了氯离子侵蚀对高桩码头结构时变地震易损性的影响。

采用Pushover分析方法确定了高桩码头各损伤状态的地震需求界限值。

通过对不同腐蚀年限下的码头模型输入80条地震动，对构件能力需求比进行对数回归分析，形成高桩码头时变地震易损性曲线。

研究结果表明：氯离子侵蚀会导致面板位移及桩顶弯矩减小，桩顶曲率略有增加；在高桩码头的使用寿命中，结构在不同损伤状态下的地震易损性均随服役时间的延长而增大。

关键词：地震；易损性曲线；高桩码头；氯离子侵蚀； Pushover分析中图分类号： U656.1+13； P315.9 文献标志码： A 文章编号： 1004-4523（2024）07-1259-10DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2024.07.018收稿日期： 2022‑07‑13；修订日期： 2022‑08‑26基金项目：国家自然科学基金资助项目（42072310，51808307）。

引言高桩码头容易受到地震活动的影响从而造成结构的破坏，除此之外，高桩码头所处环境相对复杂，在其使用寿命中往往会受到氯离子侵蚀，导致结构材料性能退化，结构抗震性能降低，增大其在地震作用下的破坏风险。

随着基于性态的地震工程和抗震设计理念的发展，在概率框架内的地震易损性分析逐渐成为量化高桩码头结构抗震性能的有效工具。

氯离子侵蚀对结构整体抗震性能的影响成为近年来研究的热点。

Padgett等［1］证明了在地震作用下，腐蚀会改变桥梁结构的动力性能，并进一步研究了腐蚀对多跨混凝土梁桥动力响应的影响。

氯离子侵蚀环境下混凝土结构耐久性评估与寿命预测模型王睿;王信刚【摘要】In marine or deicing agent environment,chloride penetration into concretes is the main cause of the reinforcement corrosion.The mechanism of the above problem was analyzed in this paper.Some durability assessments and service life prediction models for the concrete structure exposed to chloride environment were presented as well,especially the service life prediction models based on Fick's second law ofdiffusion.Finally,the service life of concrete structure exposed to chloride environment was analyzed according to an actual underground engineering.%在海洋或除冰盐的环境中,氯离子侵蚀是造成钢筋锈蚀的主要原因.主要分析了钢筋混凝土中氯离子侵蚀引发钢筋锈蚀的机理,介绍了氯离子侵蚀环境下混凝土结构耐久性评估与寿命预测模型,其中详细阐述了基于Fick第二扩散定律的寿命预测模型,并对氯离子侵蚀环境下混凝土的使用寿命进行了实例分析.【期刊名称】《南昌大学学报（理科版）》【年(卷),期】2013(037)003【总页数】6页(P281-286)【关键词】混凝土结构;氯离子;耐久性评估;服役寿命预测【作者】王睿;王信刚【作者单位】南昌大学艺术与设计学院,江西南昌 330031;南昌大学建筑工程学院,江西南昌 330031【正文语种】中文【中图分类】TU528混凝土结构耐久性问题是一个极为突出的问题，近几十年来也一直是人们的研究热点。

氯盐环境中阻锈剂对钢筋耐蚀性能的影响摘要：通过电化学测试，在模拟混凝土孔隙液和砂浆干湿循环条件下，研究并分析两种阻锈剂对钢筋腐蚀行为的影响。

结果表明：无机阻锈剂和有机阻锈剂均会降低钢筋的腐蚀速率，相同阻镑效率下有机阻锈剂掺量更低。

干湿循环试验表明，有机阻镑剂和无机阻镑剂均能显著延长钢筋起始镑蚀时间，有机阻镑剂在钝化膜破钝后抑制效果更优。

关键词：钢筋镑蚀；阻镑剂；氯盐；复合氨基醇；亚硝酸盐引言钢筋混凝土作为最大宗的建筑材料，广泛应用于桥梁、隧道、水电、核电、高铁以及民用建筑等工程中。

由于受到氯盐等腐蚀介质的侵蚀，钢筋混凝土结构极易出现开裂、保护层剥落、钢筋镑蚀等问题，而钢筋镑蚀是目前国内外学者及工程技术人员认为影响钢筋混凝土结构破坏的最主要原因。

通常水泥的水化反应会形成一个髙碱性环境，在这种环境下钢筋表面会生成一层致密的钝化膜，侵蚀性氯离子进人混凝土内部后会吸附在钝化膜处，加速钝化膜的溶解和破钝，从而引起钢筋锈蚀。

钢筋锈蚀，导致截面积减少。

截面积损失率达到10%-60%的严重锈蚀，钢筋的各项力学性能严重下降，从而影响结构使用安全。

内掺或外涂钢筋混凝土阻镑剂被美国混凝土协会（ACI）确认为防止混凝土内部钢筋镑蚀最方便且有效的措施之一。

本文通过在模拟混凝土孔隙液和砂浆中研究了两类常用阻镑剂对钢筋耐蚀性能的影响，为阻锈剂开发与应用提供指导。

1研究现状国内对钢筋阻锈剂的研究起步相对较晚，90年代初钢筋阻锈剂才开始得到应用。

有机复合型阻锈剂的研究在国内还处于刚刚起步阶段，因此，开展有机钢筋阻锈剂组成、结构与性能的相关性研究，开展阻锈剂在钢筋表面吸附特性和阻锈机理研究，以及进行阻锈剂对混凝土各项性能的影响研究，从而设计制备出高效、可靠、适用、环保的钢筋阻锈剂，无论对于严酷环境下新建混凝土结构耐久性提升，还是已建老混凝土结构耐久性的修复，都具有重要十分重要的理论意义和实际意义[1]。

目前，世界上还没有一个得到公认的钢筋阻锈剂标准或规范。

工程抗处与加固改造Vol. 42, No. 6Dec. 2020第42卷第6期2020年12月Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting［文章编号］1002-8412( 2020) 06-0020-10DOI ： 10. 16226/j.issn.1002-8412. 2020. 06. 003溶蚀和氯盐侵蚀条件下钢筋混凝土柱抗震性能 退化过程的数值模拟杨 昊，左晓宝，李向南，许骋昱（南京理工大学理学院土木工程系，江苏南京21094）［提要］针对溶蚀和氯盐侵蚀条件下钢筋混凝土柱抗震性能的退化问题，首先，利用Fick 定律和质量守恒定律，建立了水环境下混凝土柱中钙离子和氯离子的耦合传输模型；其次，基于钙溶蚀引起的混凝土损伤特征和氯盐侵蚀导致的钢筋锈蚀特点，建立了溶蚀混凝土和锈蚀钢筋的损伤本构模型；最后，利用TCL 语言编制了相关模型的计算程序，并通过OpenSees 进行混有限元模拟，分析了钙溶蚀和氯盐侵蚀共同作用下混凝土柱抗震性能的时变规律。

结果表明，随着服役时间的增加，柱的受 压、受弯承载力及延性逐渐退化，滞回耗能能力也不断降低；轴向力的提高能够引起混凝土柱受弯承载力的增加，但在服役后 期，轴向力的影响不够明显；整个服役过程中，提高混凝土柱的轴向力，可导致其弹塑性变形能力下降，引起柱的延性和滞回耗能能力降低。

［关键词］混凝土柱；溶蚀；氯盐侵蚀；抗震性能；退化；损伤本构模型；数值模拟［中图分类号］TU375. 3［文献标识码］ANumerical simulation on deterioration of seismic performance of reinforced concrete columnin the process of leaching and chloride attackYang Hao , Zuo Xiao-bao , Li Xiang-nan , Xu Cheng-yu ( Department of Civil Engineering, School of Science, Nanjing University of Science & Technology , Nanjing 210094, China)Abstract ： This paper numerically investigates the deterioration of seismic performance of reinforced concrete column in the process ofleaching and chloride attack. Firstly , Fick * s law and mass conservation law are used to establish a coupled diffusion model of calcium and chloride ions in saturated concrete ； Secondly , based on the characteristics of concrete damage caused by calcium leaching and steelcorrosion induced by chloride attack , the damaged constitutive models of leached concrete and corroded steel are supposed ； Finally , these models are programmed by using TCL language , and they mix with OpenSees for a finite element analysis on the time-varying seismic performance of concrete column , which is subjected to the coupled calcium leaching and chloride attack. The results show that : with the increase of in-serviced time , the compressive and flexural capacities as well as ductility of the column have gradual reduction ,while its hysteretic energy also decreases ； the flexural capacity of the column firstly increases with its axial force , but there is basicallyno obvious effect of axial force on its flexural capacity ； The elastoplastic deformation , ductility and hysteresis energy of the column decrease with the increase in the axial force.Keywords :concrete column ； leaching ； chloride attack ； seismic performance ； deterioration ； damage constitutive model ； numerical simulationE-mail : yh_199603@ 1 前言长期处于溶蚀和氯盐侵蚀条件下的各类桥梁、［收積日期］2019-06-20［基金项目］国家自然科学基金项目（51078186）国家"973”计划项目（2009CB623200）水上平台、水坝等混凝土结构，不仅受到地震、强风 等各种动力作用，还遭受水溶蚀、氯盐等多种环境因素侵蚀，荷载与环境因素的耦合作用是导致混凝土结构服役性能退化的主要原因［，'21o 究其原因，环境水中的氯离子渗透到混凝土内部，可引起钢筋表 面脱钝并发生锈蚀，导致钢筋有效截面积减少，造成Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting Dec. 2020第42卷第6期杨昊，等：溶蚀和氯盐侵蚀条件下钢筋混凝土柱抗震性能退化过程的数值模拟•21•混凝土结构承载力降低、延性下降；而环境水的溶蚀则导致水泥水化产物中固相钙化物溶解，所形成的钙离子经扩散传输而流失，造成混凝土强度下降、孔隙率增加，这进一步加速了混凝土中的钙溶出进程和氯离子的扩散传输，加快了混凝土中钢筋锈蚀的进程，致使混凝土结构的性能退化、寿命缩短。

考虑结构性能退化的桥梁地震易损性研究作者：***来源：《西部交通科技》2024年第01期摘要：文章基于地震易損性理论，以某一连续刚构桥为工程背景研究了不同服役年限下桥梁结构构件抗震性能的退化规律，建立了氯离子扩散模型，并综合混凝土和钢筋的材料劣化机理和结构强度退化模型，提出了综合考虑结构性能退化的易损性分析模型。

结果表明：当服役年限低于25年时，氯离子侵蚀作用对结构抗震性能的影响较小；当服役年限大于25年时，氯离子侵蚀作用会显著影响桥墩的抗震性能，服役年限越长，结构不同损伤状态的超越概率越高，且当地面峰值加速度指标越高，结构性能退化对抗震性能的影响愈发明显。

关键词：桥梁工程；结构抗震；易损性分析；氯离子侵蚀；性能退化中图分类号：U445.7A3311140 引言随着我国经济的高速发展，公路桥梁等交通基础设施的建设日趋完善。

近年来，由于全球范围内的地震灾害频发，对公路桥梁等交通基础设施造成了一定的破坏，桥梁工程的抗震性能评价成为专家学者日益关注的重点。

地震易损性分析是评价结构构件抗震性能的重要依据，通过建立结构的易损性分析模型，可以预测在指定地震动强度范围内的，结构达到或超越某种损伤状态的概率。

桥梁地震易损性分析方法能够建立起桥梁结构承载能力和失效概率之间的概率关系，对桥梁的加固设计策略具有重要意义。

因此，准确地建立桥梁结构的易损性分析模型，是准确评价桥梁抗震性能的前提条件。

梁岩等为研究多跨连续刚构桥的地震易损性，基于OpenSEES平台建立了桥梁的非线性动力有限元模型，分析得到了不同损伤状态下桥墩、支座和桥台等构件的超越概率［1］；李佳璐等充分考虑了桥梁各构件地震响应参数的相关性，引入Nataf变换，提出了改进的桥梁系统多维地震易损性分析模型，并结合工程实例验证了所提模型的合理性［2］；龙江等采用增量动力分析的方法得到了某连续梁桥的地震易损性曲线，并对支座的抗震性能展开了相关研究［3］；管嘉达等考虑了场地条件的特殊性和复杂性，针对流水冲刷、断层、氯盐等不同场地条件对桥梁结构地震易损性进行了总结，分析了不同场地条件对桥梁地震易损性的影响［4］；万华平等基于系统地震易损性原理，深入研究了桥梁隔震支座的工作原理，根据支座抗震性能提出了优化设计方案［5］。

安徽建筑中图分类号：TU312+.3文献标识码：A文章编号：1007-7359（2024）3-0054-05DOI:10.16330/ki.1007-7359.2024.3.0210引言我国较多沿海城市处于高抗震设防烈度区域，常年面临地震灾害的威胁。

同时，近海RC 框架结构由于长期受氯离子侵蚀，混凝土中钢筋锈蚀严重，容易引发钢筋截面削弱与力学性能劣化、混凝土保护层开裂与脱落、钢筋与混凝土之间粘结性能退化等。

且随着服役期的增长，上述退化程度日益加重，导致在役RC 框架结构抗震性能呈时变退化特性，加剧了近海RC 框架结构的地震灾害风险。

近年来，国内外学者在RC 框架结构抗震性能方面研究成果诸多，但在氯离子侵蚀下混凝土耐久性和结构易损性交叉的领域的研究相对较少，Hakan Yal⁃ciner 等[1]对单层单跨RC 框架结构进行IDA 时程分析，得到了氯离子侵蚀和锈蚀下RC 框架结构的时变易损性模型。

Akiyama 等[2]对氯离子侵蚀作用下的RC桥墩进行了可靠度分析。

胡思聪等[3]基于Duracrete 模型与试验数据得到了钢筋和混凝土材料劣化模型，进而对氯离子侵蚀下的RC 桥梁开展了地震易损性研究，分析了桥梁构件的地震损伤时变规律。

李超等[4]结合氯离子扩散第二定律，建立了基于时变腐蚀电流密度的氯离子侵蚀下钢筋锈蚀模型，进而分析了氯离子侵蚀作用对结构抗震性能的影响规律。

出，虽然大量的近海结构工程已建成并投入使用，但对于近海大气环境下RC 框架结构的抗震性能研究还略显薄弱。

结合近海结构工程的特点，建立可考虑环境中有害氯离子侵蚀作用的多龄期RC 框架结构地震易损性模型，对于近海大气环境下RC 框架结构在全寿命周期内的抗震性能设计与评估具有重大意义。

1钢筋混凝土结构的耐久性损伤本构结构在运营过程中受环境和荷载因素的长期作用，结构材料的力学性能会逐渐劣化，结构的抗震性能将随之降低，其中引起结构抗震性能劣化的自然因素主要包括混凝土碳化和氯离子侵蚀作用引起的钢筋锈蚀。

第54卷 第10期 2021年10月天津大学学报(自然科学与工程技术版)Journal of Tianjin University (Science and Technology )V ol. 54 No. 10Oct. 2021收稿日期：2020-12-28；修回日期：2021-02-23. 作者简介：董晋琦（1994— ），男，博士研究生，****************． 通信作者：郑山锁，********************.基金项目：国家重点研发计划资助项目(2019YFC1509302)；陕西省重点研发计划资助项目(2021ZDLSF06-10)；西安市科技计划资助项目(2019113813CXSF016SF026)；陕西省自然科学基础研究资助项目(2021JM-426)．Supported by the National Key Researc h and Development Program of China (No. 2019YFC1509302)，the Key Researc h and DevelopmentPrograms in Shaanxi ，China (No.2021ZDLSF06-10)，Xi’an Science and Technology Plan Project (No.2019113813CXSF016SF 026)，the Natural Science Foundation of Shaanxi Province (No. 2021JM-426).DOI:10.11784/tdxbz202012065氯盐锈蚀钢框架柱抗震性能试验及恢复力模型研究董晋琦1, 2，郑山锁1, 2，张晓辉1,2，尚志刚1,2，刘 毅1,2，王 斌3(1. 西安建筑科技大学土木工程学院，西安 710055；2. 西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室，西安710055；3. 西安工业大学建筑工程学院，西安710021)摘 要：为研究氯盐锈蚀钢框架柱抗震性能并建立其恢复力模型，利用人工气候环境法对48件不同厚度钢材和4榀钢框架柱试件进行加速锈蚀，进而对锈蚀钢材试件进行单轴拉伸试验，并对锈蚀钢框架柱试件进行低周往复加载试验．试验结果表明：随着锈蚀程度的加重，钢材的屈服强度、极限强度、延伸率和弹性模量等力学性能发生劣化，最大下降幅度分别为12.78%、12.78%、21.13%、13.28%；随着失重率的增大，钢框架柱承载、变形及耗能能力等抗震性能退化明显，其中，当失重率增大至8.02%时，峰值弯矩、极限转角、延性系数和累积耗能能力分别降低了17.34%、24.21%、12.32%和18.64%．基于修正I-K 模型，结合拟静力试验结果，建立完好钢框架柱试件的弯矩-转角恢复力模型，并采用回归分析法，以失重率为参数，对钢框架柱骨架曲线各特征点弯矩、转角及延性系数进行拟合，得到考虑锈蚀影响的钢框架柱骨架曲线特征参数修正函数；在此基础上，通过循环退化指数表征基本强度退化、峰值后强度退化、卸载刚度退化等滞回规则，进而建立考虑氯盐锈蚀影响的钢框架柱弯矩-转角恢复力模型．通过与试验滞回曲线及峰值点、极限点累积耗能对比，两者吻合较好，验证该恢复力模型的有效性．研究成果可为受氯盐锈蚀影响的在役钢框架结构弹塑性地震反应分析及抗震性能评估提供依据． 关键词：氯盐锈蚀；钢框架柱；低周往复加载试验；抗震性能；地震作用；恢复力模型中图分类号：TU391；TU317.1 文献标志码：A 文章编号：0493-2137(2021)10-1050-11Experimental Study of Seismic Behaviors and RestoringForce Model Research of Corroded Steel FrameColumns Induced by Chloride IonsDong Jinqi 1, 2，Zheng Shansuo 1, 2，Zhang Xiaohui 1, 2，Shang Zhigang 1, 2，Liu Yi 1, 2，Wang Bin 3(1. School of Civil Engineering ，Xi’an University of Architecture and Technology ，Xi’an 710055，China ； 2. Key Lab of Structural Engineering and Earthquake Resistance ，Ministry of Education (XAUAT )，Xi’an 710055， China ；3. School of Civil and Architecture Engineering ，Xi’an Technological University ，Xi’an 710021，China ) Abstract ：To study the seismic behavior of corroded steel frame columns induced by chloride ions and establish theirresilience model ，48 specimens of steel with different thicknesses and four specimens of steel frame columns were accelerated to corrode by the artificial climate environment method. Further ，uniaxial tensile tests were carried out on the corroded steel specimens ，and low cyclic loading tests were carried out on the corroded steel frame columns. The test results showed that as the corrosion degree increased ，the mechanical properties of steel such as yield strength ，ultimate strength ，elongation ，and elastic modulus deteriorated ，and the maximum reduction value was 12.78%，12.78%，21.13%，and 13.28%，respectively. With the increase of weight loss rate ，the seismic performance of steel frame co lumns ，e.g.，lo ad-bearing capacity ，defo rmatio n capacity ，and energy dissipatio n capacity ，degraded2021年10月董晋琦等：氯盐锈蚀钢框架柱抗震性能试验及恢复力模型研究 ·1051·significantly. When the weight lo ss rate increased to 8.02%，peak bending mo ment，ultimate ro tatio n angle，ductility co efficient，and cumulative energy dissipatio n capacity decreased by 17.34%，24.21%，12.32%，and18.64%，respectively. Based on the modified I-K model and the quasistatic test results，the moment rotation restor-ing fo rce mo del o f the intact steel frame co lumn was established. With the weight lo ss rate as the parameter，the bending moments，rotations，and ductility coefficients of each feature point of the steel frame column skeleton curve were fitted by the regression analysis method to obtain the feature parameter correction function of the corroded steel frame co lumn skeleto n curve. On this basis，the hysteretic rules such as basic strength degradatio n，post-peak strength degradation，and unloading stiffness degradation were characterized by cyclic degradation index. The mo-ment-rotation restoring force model of corroded steel frame columns was then established. The experimental hysteretic curve and cumulative energy co nsumptio n at the peak and limit po ints were in go o d agreement with each o ther，which verifies the effectiveness of the restoring force model. The research results of this study can provide a basis for the elastic-plastic seismic response analysis and the seismic performance evaluation of the existing steel frame struc-tures affected by chloride corrosion.Keywords：chlo ride co rro sio n；steel frame co lumn；lo w cyclic lo ading test；seismic behavio r；seismic actio n；restoring force model由于环境因素的影响，钢结构的服役环境不断恶化，造成钢结构的力学性能受到极大影响，尤其是在地震作用下，钢结构因锈蚀影响导致的破坏更为严重．而现行抗震设计规范的计算模型并没有考虑受锈蚀影响钢结构的抗震性能，且钢结构在设计使用年限内难以进行防锈蚀维护[1]．目前，国内外对锈蚀钢结构的材料层面进行了大量研究，锈蚀可导致钢材截面减小、力学性能下降，且锈蚀产生的腐蚀坑会造成应力集中现象[2-4]．但关于锈蚀对钢结构影响的研究不能仅停留在材料层面，更需要深入研究锈蚀对结构或构件的承载力与抗震性能的影响[5]．恢复力模型是结构弹塑性反应分析的基础，Ibarra和Krawinkler提出了考虑了构件强度、刚度退化对构件影响的Ibarra-Krawinkler(I-K)本构关系模型[6]；郭子雄等[7]研究了不同轴压比对框架柱滞回特性的影响．恢复力模型的选取对结构弹塑性分析的结果具有重要影响[8-10]．鉴于此，本文利用人工气候环境法对48件钢材试件及4榀钢框架柱试件进行人工加速锈蚀，并进行了材性拉伸试验及钢框架柱低周往复加载试验，研究了氯盐锈蚀对钢结构力学性能与抗震性能的影响．在此基础上，建立了考虑氯盐锈蚀影响的钢框架柱恢复力模型，并与试验结果进行对比验证．研究成果为锈蚀钢框架结构抗震性能评估提供了依据．1 试验概况1.1 试件设计本试验试件按照《钢结构设计规范》(GB 50017—2017)、《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)等现行规范和规程进行设计，采用1∶2缩尺比例设计4榀钢框架柱试件．试验模型取钢框架结构在水平荷载作用下，节点到上、下柱反弯点的典型单元为研究对象．各试件材料选材均为Q235钢，热轧H 型钢，型钢截面为HW250mm×250mm×9mm×14mm．试件尺寸见图1，轴压比为0.3．采用人工气候环境法对试验钢框架柱进行加速锈蚀并进行低周往复加载试验．图1钢框架柱试件详细尺寸Fig.1 Detailed sizes of the steel frame columns1.2 锈蚀环境模拟在役钢结构受氯离子侵蚀是自然环境中钢结构锈蚀的主要原因[11]．氯离子侵蚀环境模拟装置采用·1052· 天津大学学报(自然科学与工程技术版) 第54卷 第10期ZHT/W2300气候模拟试验系统，如图2所示．具体参数依据《人造气氛腐蚀试验——盐雾试验》(GB/T 10125—2012)[12]相关规定进行设定.氯离子侵蚀环境采用质量分数为5%的氯化钠溶液模拟，腐蚀箱内温度设置为35℃，湿度控制为95%以上，pH 值设置为6.5～7.5，喷淋每次间隔10min ，单次喷淋时间5min ，盐雾沉降量为1～2mL/(80cm²·h )．图2 ZHT/W2300气候模拟试验系统Fig.2 ZHT/W2300 climate simulation experimental system钢结构在氯离子侵蚀作用下，侵蚀时间的长短会导致结构产生不同的锈蚀程度．为此，试验设置4种不同锈蚀程度的试件，试件编号为KZ-1～KZ-4，锈蚀时间分别为0h 、960h 、1920h 和2880h ，并引用失重率参数对锈蚀程度进行量化，分别为0、3.06%、5.33%和8.02%．失重率D W 为锈蚀前、后钢框架柱质量的差值与锈蚀前质量的比值． 1.3 加载制度及加载装置低周往复加载试验加载装置如图3所示．试验采用液压千斤顶在柱顶施加竖向荷载至设计轴压比后保持不变，由30t 的MTS 电液伺服作动器提供施加在框架柱顶端的水平低周往复荷载．结合钢结构抗震图3 试验加载装置 Fig.3 Test loading device规范[13]，加载制度采用位移进行控制，按照层间位移角为0.375%、0.500%、0.750%、1.000%、1.500%、2.000%进行递增，此后层间位移角增量均为1.000%，每级循环加载均为2次，当加载进行到承载力下降至最大荷载值的85%则停止加载．具体试验加载流程如图4所示．试验加载端位移计和荷载数据信息均由MTS 数据采集系统自动采集．图4 试验加载流程 Fig.4 Test loading process1.4 材性试验为得到钢材受锈蚀影响力学性能的退化规律，根据《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》(GB/T 2975—2018)要求，本文对 6.5mm 、9.0mm 及14.0mm 3种厚度共48件的标准试件进行了加速锈蚀及材性试验．试件材料选取Q235B 钢材，加速锈蚀试验与4榀钢框架柱所处环境相同．48件试件锈蚀时间均为0h 、240h 、480h 、960h 、1440h 、1920h 、2400h 、2880h ．不同厚度钢材随锈蚀时间与失重率之间的关系如图5所示，可以看出：厚度越小的钢材在相同锈蚀时间下，失重率越高.图5 不同厚度钢材锈蚀时间与失重率之间的关系 Fig.5Relationship between the corrosion time andweight loss rate of steel with different thicknesses力学性能试验数据如表1所示．由表1可知，随着失重率的逐渐增大，钢材试件的各项力学性能指标均有所下降，屈服强度、极限强度、延伸率、弹性模量2021年10月 董晋琦等：氯盐锈蚀钢框架柱抗震性能试验及恢复力模型研究 ·1053·最大下降幅度分别为12.78%、12.78%、21.13%、13.28%，且相同锈蚀时间下，厚度越小的试件，力学性能劣化程度越明显．引用失重率参数对锈蚀程度进行量化，对试验数据进行回归分析，得到不同锈蚀程度钢材的屈服强度、极限强度、延伸率和弹性模量与失重率之间的关系，如图6所示．表1 钢材的力学性能Tab.1 Mechanical properties of steel厚度/ mm 锈蚀时间/h 失重 率/%屈服强度 f y /MPa极限强度 f u /MPa延伸率 δ/%弹性模量E /MPa0 0 296.5 435.0 24.75 206386240 1.32 292.4 439.2 24.45 206126480 2.54 294.4 431.4 22.61 205003960 5.15 283.4 414.8 23.07 1995481440 6.99 274.1 405.9 21.76 1983681920 8.99 273.2 398.8 21.09 1906842400 11.35 268.6 396.9 20.86 1866846.52880 13.51258.6379.4 19.52 1789840 0 282.0 420.0 26.09 205881240 0.93 280.4 414.7 25.86 204111480 1.81 276.1 409.9 25.62 200684960 3.72 271.2 403.9 24.89 1998441440 5.02 266.5 401.8 24.12 1923361920 6.49 263.3 392.6 23.81 1915582400 8.24 259.4 386.8 22.35 1889559.02880 9.76 255.9384.4 21.30 1856840 0 268.0 412.7 28.96 204768240 0.59 266.8 407.1 28.67 201335480 1.13 264.3 403.4 28.20 202351960 2.39 262.9 398.3 27.81 1906671440 3.19 258.9 394.3 27.31 1976841920 4.17 256.4 391.2 26.96 1955582400 5.26 253.3 389.7 25.99 19466814.02880 6.27 251.6383.0 25.71 193336由图6可以看出，钢材各力学性能指标与失重率近似呈线性关系，各力学性能指标随着失重率的增加均呈现出不同程度的退化规律．回归曲线的数学表达式为y y w u u ww w/10.932/10.872/1 1.589/10.889δδ′=−⎧⎪′=−⎪⎨′=−⎪⎪′=−⎩f f D f f D D E E D(1)式中y f 、y f ′、u f 、u f ′、δ、'δ、E 、'E 分别表示锈蚀前后钢材的屈服强度、极限强度、延伸率和弹性模量.（a ）屈服强度（b ）极限强度（c ）延伸率（d ）弹性模量图6 钢材力学性能指标与失重率之间的关系Fig.6Relationship between the mechanical properties ofsteel and weight loss rate2 试验结果及其分析2.1 滞回曲线滞回曲线可以综合反映构件在受力过程中的变形性能和抗震性能的变化规律[14-15] ．试件滞回曲线·1054·天津大学学报(自然科学与工程技术版)第54卷 第10期如图7所示．（a）KZ-1（b）KZ-2（c）KZ-3（d）KZ-4图7试件滞回曲线Fig.7Hysteretic curves of specimens根据图7，可以得出如下结论．(1)4榀钢框架柱试件的滞回性能基本相似．在加载初期阶段，各试件基本处于弹性状态，加卸载时的滞回曲线近似呈直线；随着加载的进行，滞回环面积开始增大，表明试件开始发生塑性变形，滞回曲线的斜率开始减小，试件承载力仍呈增大趋势；加载达到峰值荷载后，滞回曲线的斜率随加载控制位移的增大而减小，滞回环面积逐渐减小，这表明试件的塑性变形充分发展，各项性能指标随层间位移角和循环加载次数的增加退化明显；当试件加载至破坏阶段时，试件的承载力迅速降低，试验加载随之结束．(2)4榀钢框架柱试件的滞回曲线均为梭形，曲线所围成的面积较大，且当加载至峰值荷载时，滞回曲线并无捏拢收缩现象，表明锈蚀钢框架柱试件的抗震能力及延性较好．但随着构件锈蚀程度的增加，试件的承载力不断降低，强度、刚度退化现象明显，且滞回环面积逐渐缩小，表明试件的抗震性能在逐渐减弱．2.2 骨架曲线骨架曲线是结构弹塑性分析的重要依据[14]．通过对比图8各试件的骨架曲线，可以看出各试件骨架曲线的总体形状相似：在加载初期时，各试件的骨架曲线基本重合；当加载至弹塑性阶段，各试件随锈蚀程度的增加曲线的斜率逐渐减小，骨架曲线承载力峰值也在逐渐降低，且随锈蚀程度的加剧，降低程度愈明显．图8试件骨架曲线Fig.8Skeleton curves of specimens2.3承载力和延性系数试件实测特征值及位移延性系数如表2所示．从表2中可以看出，各试件的承载力及延性系数随试件失重率的增加而降低，锈蚀程度越严重，承载力及延性系数的下降速率越大．当失重率从0增加到8.02%时，峰值弯矩、极限转角和延性系数分别降低了17.34%、24.21%和12.32%．对表2中以不同失重率为设计变量的试验数据进行回归分析，得到锈蚀钢框架柱抗震性能特征参数的退化规律，如图9所示．相应的回归公式为2021年10月董晋琦等：氯盐锈蚀钢框架柱抗震性能试验及恢复力模型研究 ·1055·表2试件实测特征值和延性系数Tab.2Experimental characteristic values and ductility coefficients of the specimen屈服点峰值点极限点试件方向M y/(kN·m)θy/(10-2 rad)M max/(kN·m)θmax/(10-2 rad)M u/(kN·m)θu/(10-2 rad)延性系数µ正向 266.42 1.54 329.87 3.25 296.12 4.83 3.14 负向-276.02 -1.67 -340.49 -3.00 -306.12 -4.75 2.84 KZ-1均值 271.22 1.60 335.18 3.13 301.12 4.79 2.99 正向 263.17 1.51 315.61 3.00 283.09 4.50 2.99 负向-267.74 -1.58 -330.69 -3.00 -295.84 -4.49 2.85 KZ-2均值 265.46 1.54 323.15 3.00 289.46 4.49 2.92 正向 259.13 1.43 304.77 2.99 271.71 4.19 2.93 负向-264.08 -1.50 -324.49 -2.99 -284.78 -3.72 2.48 KZ-3均值 261.61 1.47 314.63 2.99 278.24 3.95 2.71 正向 243.36 1.30 288.95 2.80 255.98 3.74 2.87 负向-242.69 -1.44 -281.46 -2.93 -247.64 -3.60 2.49 KZ-4均值 243.03 1.37 285.21 2.86 251.81 3.67 2.68（a）屈服弯矩（b）屈服转角（c）峰值弯矩（d）峰值转角（e）极限转角（f）延性系数图9试件抗震性能特征参数退化规律Fig.9Degradation law of the characteristic parameters of seismic performance of specimens·1056· 天津大学学报(自然科学与工程技术版) 第54卷 第10期y y W yy W max max Wmax max W u u WW/ 1.010410.01232/ 1.007970.01794/ 1.01180.01789/0.998110.01005/ 1.007820.03066/ 1.003420.01429θθθθθθμμ′=−⎧⎪′=−⎪⎪′=−⎪⎨′=−⎪⎪′=−⎪′=−⎪⎩M M D D M M D D DD(2)2.4 强度衰减与刚度退化试件强度衰减曲线可反映试件承受往复荷载的能力[16]．图10为试件强度衰减曲线．通过对比分析可知：各试件的强度衰减规律总体一致，随着循环次数的增加，承载力逐渐提高，然后趋于平缓，最后产生强度衰减现象，当失重率增加时，试件强度衰减现象更加明显．图10 试件强度衰减曲线Fig.10 Strength degradation curves of specimens图11为试件等效刚度退化曲线，各试件刚度总体退化趋势基本一致．随着位移加载的进行，刚度退化速率由较快趋于缓慢，失重率越大的试件刚度退化速率越快．图11 试件等效刚度退化曲线Fig.11 Stiffness degradation curves of specimens2.5 耗能能力结构的抗震性能也可以通过耗能能力进行评价．图12为试件的累积耗能曲线．由图可知，各试件累积耗能变化趋势总体保持一致，随着加载的进行，累积耗能增加逐渐变快．但锈蚀会影响各试件的耗能能力，当完好试件的失重率变为3.06%、5.33%和8.02%时，累积耗能分别降低了 3.07%、14.01%、18.64%．图12 试件累积耗能曲线Fig.12 Cumulative energy dissipation curves of specimens3 恢复力模型恢复力模型是一种经过简化的数学模型，主要包括骨架曲线和滞回规则两部分内容，是结构弹塑性分析的基础[17]．本文基于Lignos 等[6]和Ibarra 等[18]提出的修正Ibarra-Krawinkler (I-K )模型来建立锈蚀钢框架柱构件的弯矩-转角恢复力模型． 3.1 钢框架柱骨架曲线参数的确定修正I-K 模型的骨架曲线的上升段(弹性变形阶段)由屈服弯矩M y 和初始刚度K e 确定；强化阶段根据K s ＝α s K e 来确定该阶段的刚度，用峰值前塑性转角θp 表示相应的变形能力；软化阶段通过软化段刚度K c ＝α c K e 以及峰值后塑性转角θpc 共同确定．图13为修正I-K 模型的骨架曲线．K e 为初始刚度，M y 为屈服弯矩，M max 为峰值点弯矩，θp 为峰值前塑形，θpc 为峰值后转角，λres 为残余强度比．图13 修正I -K 模型的骨架曲线Fig.13 Skeleton curve of the modified I -K model钢框架柱试件的弯矩-转角恢复力模型骨架曲线上屈服点、峰值点和极限点参数的计算如下．2021年10月 董晋琦等：氯盐锈蚀钢框架柱抗震性能试验及恢复力模型研究 ·1057·1) 屈服点参考ASCE/SEI 41-06，钢框架柱的屈服弯矩M y和屈服转角θy 分别为y P P y n y 1.181N M M W f A f ⎛⎞==−⎜⎟⎜⎟⎝⎠ (3) P y y ye n y 13W f L N EI A f θθ⎛⎞==−⎜⎟⎜⎟⎝⎠ (4)式中：M p 为全截面屈服弯矩；N 为柱轴压力；A n 为净截面面积；f y 为钢材屈服强度；W p 为塑性截面模量；E 为钢材弹性模量；I 为截面惯性矩；L 为柱计算高度． Lignos 和Krawinkler 根据试验，指出钢柱的屈服弯矩M y 可取值为1.17M p ．此外，由于在试验过程中钢柱与底端的底梁无法形成完全刚结，达不到理想约束条件，导致试验所得刚度偏低．综上，结合本文试验结果，屈服弯矩和屈服转角分别为 y P P y n y 1.3 1.531N M M W f A f ⎛⎞==−⎜⎟⎜⎟⎝⎠ (5) P y y ye n y 31W f L N EI A f θθ⎛⎞==−⎜⎟⎜⎟⎝⎠ (6)2) 峰值点本文结合Lignos 和Krawinkler 提出的钢柱峰值弯矩和试验结果，建议峰值弯矩取值为 max y 1.2M M =(7)同时，Lignos 和Krawinkler 提出钢梁峰值前塑性转角θp 的经验公式为 0.3650.140f p w f 0.08652θ−−⎛⎞⎛⎞=⋅⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠h b t t0.2300.3400.721y 533355f L d d −−⎛⎞⎛⎞⎛⎞⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎝⎠(8)式中：h /t w 为腹板高厚比；b f /(2t f )为翼缘宽厚比；d 为截面高度；L /d 为试件跨高比． 在较小轴压比的情况下，可采用式(8)近似估算钢框架柱的峰值前塑性转角θp ．3) 极限点极限弯矩M u 可取值为峰值弯矩M max 的85%，即u max 0.85M M =(9)同时，Lignos 和Krawinkler 提出钢梁的峰值后塑性转角θpc 的经验公式为 0.5650.800f pc w f 5.632θ−−⎛⎞⎛⎞=⋅⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠h b t t0.4300.280y 533533f d −−⎛⎞⎛⎞⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠(10)在较小轴压比的情况下，可采用式(10)近似估算钢框架柱的峰值后塑性转角θpc ．根据试验数据统计回归得到钢框架柱抗震性能特征参数(屈服弯矩、屈服转角、峰值弯矩、峰值转角和极限转角)随锈蚀程度变化的退化规律，见表3．表3 锈蚀试件骨架曲线特征点的拟合公式Tab.3 Fitting formula for characteristic points of the skeleton curve of corroded specimens特征点 弯矩转角屈服点 yy W / 1.010410.01232′=−M M D yy W / 1.007970.01794θθ′=−D 峰值点 maxmax W / 1.01180.01789′=−M M D maxmax W /0.998110.01005θθ′=−D 极限点 umax 0.85′′=M M uu W / 1.007820.03066θθ′=−D3.2 钢框架柱滞回规则由试验结果可知，锈蚀构件与完好构件恢复力模型形状相似．本文基于修正I-K 滞回模型来考虑不同锈蚀程度构件恢复力模型的滞回规则，其循环退化规则如图14所示．1) 循环退化指数通过引入Rahnama-Hazaveh 等 [19]提出的循环退化指数来体现构件各项性能的退化，即 t 1ci i ij j E E E β=⎛⎞=⎜⎟⎜⎟−⎜⎟⎝⎠∑ (11)式中：c 表示循环退化速率，取c ＝1.0；E i 表示构件在第i 次循环加载时的滞回耗能；1ij j E =∑表示构件在第i次及第i 次之前所有循环下的累积耗能；E t 为构件本身的滞回耗能能力，其可表示为屈服强度M y 与累积转动能力Λ 的乘积，其计算式为 t y Λ=E M(12)0.3601.340.5952unit y f w f 4952355Λ−−−⎛⎞⎛⎞⎛⎞=⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎝⎠c f h b t t (13)式中：w /h t 为腹板宽厚比；f f /b t 为翼缘宽厚比；2unitc 为单位转换系数，单位采用mm 和MPa 时，取值为1．随着失重率的增加，试件的承载力有所下降，循环退化效应呈增大趋势，但并不显著．因此，对于锈蚀钢框架柱恢复力模型的循环退化速率与未锈蚀构件保持一致，取c ＝1.0；累积转动能力Λ 仍可按式·1058· 天津大学学报(自然科学与工程技术版) 第54卷 第10期(13)计算确定．2) 基本强度退化规则构件的基本强度退化规则如图14(a )所示．屈服强度和强化段刚度的退化规则计算公式为y y(1)(1)i i i M M β±±=−-(14) s s(1)=(1)i i i K K β±±--(15)式中：y i M ±、s i K ±分别表示构件在第i 次循环加载后的屈服强度和强化刚度；y(1)i M ±−、s(1)i K ±−分别表示在经历i 次循环加载前构件的屈服强度和强化刚度；符号“+”表示加载方向为正向加载，符号“−”代表加载方向为反向加载．（a ）基本强度退化规则（b ）峰值后强度退化规则（c ）卸载刚度退化规则图14 循环退化规则Fig.14 Cyclic degradation rule3) 峰值后强度退化规则图14(b )为构件的峰值后强度退化规则．峰值后强度的退化规则计算式为±ref ref(1)(1)β±−=−i i i M M(16)式中：±ref i M 表示试件第i 次循环加载时，骨架曲线的软化段反向延长线交于纵坐标的荷载值；ref(1)i M ±-表示经历第i －1次循环加载时，构件骨架曲线的软化段反向延长线交于纵坐标的荷载值．4) 卸载刚度退化规则 构件在进入屈服阶段后，卸载刚度也出现退化现象，退化规则如图14(c )所示，计算式为 u u(1)=(1)i i i K K β--(17)式中K u i 和K u (i -1)分别表示构件第i 次和第i －1次加载时的卸载刚度．3.3 钢框架柱恢复力模型的验证通过OpenSEES 软件建立锈蚀钢框架柱的集中塑性铰模型，如图15所示．将钢框架柱简化为弹性杆单元和位于柱底部的非线性转动弹簧单元串联模型．弹性杆单元采用OpenSEES 软件中弹性梁柱单元(elasticBeamColumn )模拟；非线性转动弹簧单元由零长度单元(zeroLength )模拟，并通过上文所确定的骨架曲线特征点和滞回规则来计算Bil in Material的参数，用以标定零长度单元．相关参数计算结果如表4所示．图15 钢框架柱集中塑性铰模型Fig.15Concentrated plastic hinge model for a steel framecolumn 表4 锈蚀钢框架柱恢复力模型相关参数Tab.4Related parameters of the restoring force modelof the corroded steel frame column试件 编号M y / (kN ·m )θmax / radθu / radcΛKZ-1 378.30 0.042 0.185 1.0 1.3 KZ-2 370.75 0.042 0.174 1.0 1.3 KZ-3 366.46 0.041 0.163 1.0 1.3 KZ-4 350.37 0.040 0..152 1.0 1.3将上述模型模拟结果与试验结果进行对比分析，两者基本吻合，如图16和图17所示．2021年10月董晋琦等：氯盐锈蚀钢框架柱抗震性能试验及恢复力模型研究 ·1059·（a）KZ-1（b）KZ-2（c）KZ-3（d）KZ-4图16计算滞回曲线与试验滞回曲线对比Fig.16Comparisons of calculated and experimental hysteretic curves（a）极限点 （b）峰值点图17计算累积耗能与试验累积耗能对比Fig.17Comparisons of calculated and experimental cumulative energy consumptions4 结 论(1) 从试验结果可以发现，锈蚀对钢结构的力学及抗震性能具有较大影响，具体表现如下：随着锈蚀程度的增加，钢材的力学性能(屈服强度、极限强度、延伸率和弹性模量)退化明显，且钢材厚度越小，性能退化越显著；钢框架柱的强度、刚度、延性及耗能等随着锈蚀程度的增加逐渐降低，如当失重率为8.02%时，峰值弯矩、极限转角、延性系数和累积耗能能力分别降低了17.34%、24.21%、12.32%和18.64%．(2) 基于试验结果，以失重率为参数对钢框架柱骨架曲线各特征点弯矩、转角及延性系数拟合，得到了考虑锈蚀影响的钢框架柱骨架曲线特征参数修正函数．(3) 基于修正I-K模型，结合试验数据，建立可表征基本强度退化、峰值后强度退化、卸载刚度退化等滞回规则的锈蚀钢框架柱恢复力模型，通过与试验结果的对比，验证本文所建立恢复力模型的有效性．研究成果可为锈蚀钢框架结构的非线性地震反应分析提供理论依据．参考文献：［1］史炜洲，童乐为，陈以一，等. 腐蚀对钢材和钢梁受力性能影响的试验研究[J]. 建筑结构学报，2012，33(7)：53-60.Shi Weizhou，Tong Lewei，Chen Yiyi，et al. Experi-mental study on influence of corrosion on behavior ofsteel material and steel beams[J]. Journal of BuildingStructures，2012，33(7)：53-60(in Chinese). ［2］史炜洲，童乐为，陈以一，等. 钢材腐蚀对住宅钢结构性能影响的评估[J]. 建筑结构，2013，43(16)：·1060·天津大学学报(自然科学与工程技术版)第54卷 第10期88-92.Shi Weizhou，Tong Lewei，Chen Yiyi，et al. Assess-ment of steel corrosion on behavior of residential steelstructures[J]. Building Structure，2013，43(16)：88-92(in Chinese).［3］刘 新，时 虎. 钢结构防腐蚀和防火涂装[M]. 北京：化学工业出版社，2005：20-79.Liu Xin，Shi Hu. Anticorrosive and Fireproof Paint ofSteel Structures[M]. Beijing：Chemical IndustryPress，2005：20-79(in Chinese).［4］王仁华，方媛媛，林振东，等. 点蚀损伤下海洋平台结构剩余强度的多尺度分析方法[J]. 工程力学，2016，33(1)：238-245.Wang Renhua，Fang Yuanyuan，Lin Zhendong，et al.Multi-scale analysis of residual strength of offshore plat-forms with pitting corrosion[J]. Engineering Mechan-ics，2016，33 (1)：238-245(in Chinese).［5］郑山锁，张晓辉，黄威曾，等. 多龄期钢框架时变损伤模型研究[J]. 地震工程学报，2018，40(3)：389-397.Zheng Shansuo，Zhang Xiaohui，Huang Weizeng，et al. Study on time-varying damage model of multi-agesteel frame structures[J]. China Earthquake EngineeringJournal，2018，40(3)：389-397(in Chinese).［6］Lignos D G，Krawinkler H. Development and utiliza-tion of structural component databases for performance-based earthquake engineering[J]. Journal of StructuralEngineering，2013，139(8)：1382-1394.［7］郭子雄，吕西林. 高轴压比框架柱恢复力模型试验研究[J]. 土木工程学报，2004，37(5)：32-38.Guo Zixiong，Lü Xilin. Experimental study on the hys-teretic model of RC columns with high axial compres-sive ratio[J]. China Civil Engineering Journal，2004，37(5)：32-38(in Chinese).［8］郭子雄，张志伟，黄群贤，等. 型钢混凝土柱恢复力模型试验研究[J]. 地震工程与工程振动，2009，29(5)：79-85.Guo Zixiong，Zhang Zhiwei，Huang Q unxian，et al.Experimental study on hysteretic model of SRC columns[J]. Journal of Earthquake Engineering and EngineeringVibration，2009，29(5)：79-85(in Chinese).［9］李海峰，罗永峰，李德章，等. 大跨度空间结构箱形钢柱的恢复力模型[J]. 四川大学学报：工程科学版，2013，45(3)：40-49.Li Haifeng，Luo Yongfeng，Li Dezhang，et al. Re-storing force model of steel bos column in large spanspatial structures[J]. Journal of Sichuan University：Engineering Science Edition，2013，45 (3)：40-49(inChinese).［10］李国强，王彦博，陈素文，等. Q460C高强度结构钢焊接H形和箱形截面柱低周反复加载试验研究[J].建筑结构学报，2013，34(3)：80-86.Li Guoqiang，Wang Yanbo，Chen Suwen，et al. Ex-perimental study of Q460C high strength steel weldedH-section and box-section columns under cyclic loading[J]. Journal of Building Structures，2013，34(3)：80-86(in Chinese).［11］袁迎曙，章鑫森，姬永生. 人工气候与恒电流通电法加速锈蚀钢筋混凝土梁的结构性能比较研究[J]. 土木工程学报，2006，39(3)：42-46.Yuan Yingshu，Zhang Xinsen，Ji Yongsheng. A com-parative study on structural behavior of deteriorated rein-forced concretebeam under two different environments[J]. China Civil Engineering Journal，2006，39(3)：42-46(in Chinese).［12］GB/T 10125—2012 人造气氛腐蚀试验——盐雾试验[S]. 北京：中国标准出版社，2013.GB/T 10125—2012 Corrosion Tests in Artificial At-mosphere—Salt Spray Tests[S]. Beijing：StandardsPress of China，2013(in Chinese).［13］AISC. Seismic Provisions for Structural Steel Buildings [S]. Chicago：American Institute of Steel Construc-tion，INC，2005.［14］王斌. 型钢高强高性能混凝土构件及其框架结构的地震损伤研究[D]. 西安：西安建筑科技大学，2010.Wang Bin. Research on Seismic Damage of Steel Rein-forced High Strength and High Performance ConcreteMembers and Frame Structures[D]. Xi’an：Xi’an Uni-versity of Architecture and Technology，2010(in Chi-nese).［15］沈祖炎，陈杨骥，陈以一. 钢结构基本原理[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2002.Shen Zuyan，Chen Yangji，Chen Yiyi. The Basic Prin-ciple of Steel Structure[M]. Beijing： Beijing ChinaArchitecture & Building Press，2002(in Chinese). ［16］郑山锁，王晓飞，韩言召，等. 酸性大气环境下多龄期钢框架柱抗震性能试验研究[J]. 土木工程学报，2015，48(8)：47-59.Zheng Shansuo，Wang Xiaofei，Han Yanzhao，et al.Experimental study on seismic behavior of multi-agedsteel frame columns in acidic atmospheric environment[J]. China Civil Engineering Journal，2015，48(8)：47-59(in Chinese).［17］溦殷小，吕西林，卢文胜. 配置十字型钢的型钢混凝土柱恢复力模型[J]. 工程力学，2014，31(1)：97-103.Yin Xiaowei，Lü Xilin，Lu Wensheng. Resiliencemodel of SRC columns with cross-shaped encase steel[J]. Engineering Mechanics，2014，31(1)：97-103(in Chinese).［18］Ibarra L F，Helmut A K. Global Collapse of Frame Structures Under Seismic Excitations[R]. Stanford：Blume Earthquake Engineering Center，Stanford Uni-versity，2005.［19］Rahnama-Hazaveh M. Effects of Soft Soil and Hystere-sis Model on Seismic Demands[D]. Stanford：BlumeEarthquake Engineering Center，Stanford University，1993.(责任编辑：金顺爱)。

考虑屈曲效应的锈蚀RC框架柱性能劣化的数值模拟考虑屈曲效应的锈蚀RC框架柱性能劣化的数值模拟随着时间的推移和自然环境的作用，钢筋混凝土（RC）结构中的钢筋很容易受到锈蚀的影响。

锈蚀引起的结构劣化是钢筋混凝土结构长期使用中重要的问题。

而在RC框架结构中，柱作为承受纵向荷载并连接上下部的重要构件，其性能劣化对整个结构的安全性和耐久性至关重要。

因此，研究考虑屈曲效应的锈蚀RC框架柱性能劣化，有助于提高结构的抗锈蚀性能和延长其使用寿命。

为了深入研究锈蚀对RC框架柱性能的影响，我们采用数值模拟方法进行研究。

数值模拟可以有效地模拟锈蚀RC结构中的各种材料和力学行为，通过对结构进行力学性能分析和力学模拟，来预测锈蚀对结构的影响。

首先，我们需要建立一个合适的锈蚀模型。

由于锈蚀的发生和发展是一个电化学过程，我们可以采用腐蚀速率模型来描述其发展。

根据锈蚀深度和锈蚀体积的关系，我们可以得到柱钢筋的截面减小情况，并对柱截面进行调整。

其次，考虑到屈曲效应对柱性能的影响，我们需要建立柱的力学模型。

屈曲效应是指柱在受力过程中发生屈服和增大截面弯矩的现象。

在锈蚀条件下，柱的受力性能会受到影响，需要对柱的刚度和强度进行修订。

这可以通过梁柱材料的非线性弯曲模型来实现，使用材料本构关系来描述结构的非线性行为。

最后，我们可以将锈蚀RC框架柱的数值模拟结果与实际监测数据进行对比和分析。

通过与实际情况的比较，我们可以验证模型的准确性和可行性。

在模拟结果中，我们可以得到柱的承载力、刚度和位移等性能指标，以及柱截面的锈蚀程度。

这些结果可以为结构的定期维护和加固提供参考依据。

综上所述，考虑屈曲效应的锈蚀RC框架柱性能劣化的数值模拟是一种可行且有效的研究方法。

通过数值模拟，我们可以深入了解锈蚀对柱性能的影响，并提出相应的预防和修复措施。

这对提高结构的抗锈蚀性能和延长其使用寿命具有重要的意义。

在未来的研究中，我们还可以进一步优化数值模型，提高模拟的准确性和可靠性，为RC框架柱性能劣化问题的解决提供更为科学的依据综上所述，通过考虑屈曲效应的锈蚀RC框架柱性能劣化的数值模拟是一种可行且有效的研究方法。

CRC抗氯离子侵蚀研究及其使用寿命预测的开题报告题目：CRC抗氯离子侵蚀研究及其使用寿命预测1. 研究背景现代工业生产中，钢铁制品的防腐蚀问题一直是一个重要的研究方向。

特别是在氯离子环境下，钢铁制品容易发生腐蚀，导致使用寿命大幅缩短。

因此，研究抗氯离子侵蚀材料，尤其是CRC（Corrosion Resistant Coating，抗腐涂料）的性能及使用寿命预测，具有重要的实际应用价值。

2. 研究内容本研究主要围绕CRC的抗氯离子侵蚀性能进行研究，并运用相关试验和检测手段，对其使用寿命进行预测。

具体内容如下：1）CRC的性能评价：通过对CRC不同配方的样品进行氯离子腐蚀试验，评估不同配方的抗腐蚀性能。

2）CRC的结构表征：使用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）等手段，对CRC的微观结构进行表征。

3）使用寿命预测：基于CRC的抗氯离子侵蚀性能和实际使用环境条件，建立CRC的使用寿命模型并进行预测分析。

3. 研究意义本研究旨在深入探究CRC的抗氯离子侵蚀性能，为提高防腐蚀材料的使用寿命提供科学依据。

同时，预测CRC的使用寿命，对于制定设备的维护计划、延长设备使用寿命、降低生产成本等方面具有重要的实际意义。

4. 研究方法本研究将采用实验研究和数学模型预测相结合的方法，具体步骤如下：1）收集不同配方CRC样品进行氯离子腐蚀试验，评估不同配方的抗腐蚀性能。

2）使用SEM和XRD等手段，对CRC的微观结构进行分析。

3）根据样品腐蚀情况和微观结构分析结果，建立CRC的使用寿命预测模型。

4）利用建立的模型，对实际使用条件下的CRC使用寿命进行预测分析。

5. 研究计划本研究的时间安排如下：1）文献综述：1个月2）实验制备：2个月3）试验分析：3个月4）模型建立：2个月5）模型验证：1个月6）论文撰写：1个月7）论文修改：1周总计：10个月6. 预期成果本研究预计获得如下科研成果：1）CRC不同配方的抗氯离子侵蚀性能评价。

氯盐侵蚀下的钢筋均匀与非均匀锈蚀研究进展
张菊辉;凌晓政;梁磊;管仲国
【期刊名称】《混凝土》
【年(卷),期】2016(000)010
【摘要】氯盐侵蚀引起的钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性性能劣化的主要原因,研究因氯盐侵蚀导致的混凝土内钢筋的锈蚀机理、锈蚀层分布规律以及锈后结构或构件的使用寿命预测,具有一定的工程应用实际意义.综述了氯盐侵蚀引起的钢筋混凝土结构耐久性分析的研究进展.介绍了氯盐侵蚀下的钢筋混凝土结构的性能退化过程,针对基于均匀腐蚀和非均匀腐蚀下的钢筋锈蚀机理及保护层开裂受力分析,以及耐久性寿命预测研究进行了总结与归纳,并提出了一些建议,为氯盐侵蚀下的钢筋混凝土结构的进一步研究提供参考.
【总页数】5页(P25-29)
【作者】张菊辉;凌晓政;梁磊;管仲国
【作者单位】上海理工大学环境与建筑学院,上海200093;上海理工大学环境与建筑学院,上海200093;上海理工大学环境与建筑学院,上海200093;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092
【正文语种】中文
【中图分类】TU528.01
【相关文献】
1.近海环境下钢筋非均匀锈蚀引起混凝土保护层开裂的数值模拟 [J], 邱姜睿;李雁;毛小勇;王圣程;马天宇
2.考虑均匀/非均匀锈蚀特征参数的钢筋力学与变形性能 [J], 余波; 丁自豪; 刘阳; 陈正
3.考虑均匀/非均匀锈蚀特征参数的钢筋力学与变形性能 [J], 余波; 丁自豪; 刘阳; 陈正
4.钢筋加速非均匀锈蚀试验方法和锈蚀形态研究 [J], 金南国; 何家豪; 付传清; 金贤玉
5.氯盐侵蚀下碱激发混凝土内钢筋锈蚀研究进展 [J], 高凯凯;崔祎菲;张鹏;赵铁军因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于不同结构损伤模型的RC框架地震易损性研究叶晨莹;赵鹏;相敏【摘要】针对目前RC框架结构地震易损性分析中整体损伤模型研究的薄弱性以及广泛采用的层间位移角方法不能准确反应结构在地震作用下损伤机理的现状,本文基于现有损伤模型的对比分析,提出了一种较准确反映地震破坏机理同时便于应用的最大变形和滞回耗能非线性组合的双参数损伤模型.以8层RC框架结构为例,进行50条地震波作用下的结构增量动力分析,分别绘制了变形和能量2种单参数模型以及牛荻涛模型和本文模型两种双参数模型的结构损伤曲线与易损性曲线,并进行了模型的对比分析和检验评估.分析结果表明:仅以层间位移角作为结构整体损伤指标会高估结构的抗倒塌性能,仅以能量作为结构整体损伤指标会低估结构损伤的超越概率.本文模型能较好地平衡最大变形和累积损伤对结构损伤的影响程度.【期刊名称】《地震工程学报》【年(卷),期】2018(040)004【总页数】8页(P705-712)【关键词】损伤模型;双参数模型;层间位移角;易损性【作者】叶晨莹;赵鹏;相敏【作者单位】四川大学建筑与环境学院深地科学与工程教育部重点实验室,四川成都 610065;四川大学建筑与环境学院深地科学与工程教育部重点实验室,四川成都610065;四川大学建筑与环境学院深地科学与工程教育部重点实验室,四川成都610065【正文语种】中文【中图分类】TU375.40 引言地震易损性分析能够预测结构在不同等级地震作用下超越某一规定极限状态的概率,从概率的意义上定量地刻画工程结构的抗震性能,从宏观的角度描述地震动强度与结构破坏程度之间的关系,是评价结构抗震性能的有效手段之一[1]。

易损性分析中采用的损伤模型与损伤指标是影响分析结果可靠性的关键因素[2]。

目前在钢筋混泥土框架结构的地震易损性研究中,层间位移角常作为损伤指标来判断结构损伤程度。

该指标通过判断结构、构件损伤一次性是否发展到弹塑性位移角临界值来判断是否失效,属于只考虑首超破坏的单参数变形损伤模型,无法反应地震持时对结构的累积破坏作用[3]。

氯盐环境下钢筋蚀坑深度时变模型佚名【摘要】Based on Fick’s second law,the paper studies time-varying property of chloride expansion coefficient and time-varying model of corro-sion pit depth under local corrosion,and explores multiple influencing factors sensitivity of time-varying model of steel corroded pit depth,with a view to find out the changing law of steel corroded pit depth under chloride environment.%基于Fick第二定律，对氯离子扩散系数时变性、局部锈蚀时的蚀坑深度时变模型进行了研究，同时探讨了钢筋蚀坑深度时变模型的多重影响因素的敏感性，以得出氯盐环境下钢筋蚀坑深度的变化规律。

【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2015(000)026【总页数】3页(P40-41,42)【关键词】时变模型;初锈时间;氯离子;锈蚀钢筋;蚀坑深度【正文语种】中文【中图分类】TU3911 概述目前大多数研究表明钢筋锈蚀主要由氯离子侵蚀引起，而氯离子扩散系数是研究氯离子侵蚀混凝土的一个重要性能参数，可以作为衡量混凝土结构耐久性的依据。

目前对混凝土氯离子扩散系数与时间的幂函数关系引用较多，但并未也没有充分考虑温度、湿度、应力水平等因素的影响，因为对氯离子扩散系数的时变性深入研究十分重要。

蚀坑深度对钢筋力学性能有较大的影响，目前对其的研究一般未考虑混凝土扩散系数的时变性以及各影响参数的随机性，只是将混凝土扩散系数以及各影响参数作为定值，从而得到与钢筋蚀坑深度的关系，存在一定的局限性。

个氯盐侵蚀不锈钢筋混凝土结构性能影响研究综述发布时间：2021-11-15T07:39:36.507Z 来源：《建筑实践》2021年17期6月作者：张震威孙熠张钦哲[导读] 钢筋混凝土结构的耐久性问题一直困扰着建筑行业，现今部分学者认为通过使用不锈钢筋替代普通碳素钢筋，张震威孙熠张钦哲防灾科技学院中国地震局建筑物破坏机理与防御重点实验室，北京 101601摘要：钢筋混凝土结构的耐久性问题一直困扰着建筑行业，现今部分学者认为通过使用不锈钢筋替代普通碳素钢筋，可以有效的提高不锈钢筋混凝土结构的耐久性，本文重点关注国内外学者对氯盐侵蚀不锈钢筋混凝土结构性能影响的研究，探究不锈钢筋在混凝土结构中的实际耐氯盐侵蚀性能，并探讨了如何通过数值模拟分析的方式进行氯盐侵蚀不锈钢筋混凝土结构相关研究，为今后的不锈钢筋混凝土工程实践和科学研究提供理论基础。

关键词：氯盐侵蚀；不锈钢筋；耐腐蚀性；数值模拟；中国分类号：TU377; U443 文献标识码：A引言传统的钢筋混凝土桥梁结构在不断使用中发现，结构的安全性和适用性在设计阶段可以做到保障，但结构的耐久性问题是长期性的问题，往往难以完美解决，从安全的角度来看，钢筋的锈蚀会降低结构的安全性，从经济的角度看，对混凝土桥梁中锈蚀钢筋的加固与修复成本也颇高，桥梁是公路交通系统的生命线，桥梁病害严重影响国民经济的发展和普通民众的切身利益，因此研究如何提高混凝土桥梁耐久性问题具有极为重要的意义[1-2]。

现今我国桥梁数量在不断提升，混凝土桥梁耐久性问题的研究也日益受到重视，国内外学者常常采用自然暴露法、电加速锈蚀法、人工生态环境法进行混凝土桥梁中钢筋锈蚀的模拟试验，以提出经济有效的措施，预防和缓解混凝土桥梁的耐久性问题。

1 钢筋锈蚀机理钢筋混凝土结构中氯化物以游离氯离子、氯化物、氯盐三种形式存在，游离的氯离子参与了氯化物的传输和钢筋腐蚀的全过程，混凝土中的水泥水化产生Ca(OH)2使得混凝土内部具有较强的碱性，从而钢筋表面形成一层致密的钝化膜，保护钢筋避免锈蚀破坏，但混凝土桥梁暴露在氯盐中时，侵入混凝土的游离氯离子同钢筋发生置换反应且进一步氧化生成铁锈，生成物电离出H+和Cl-，使得混凝土内部PH值下降，钢筋表面的钝化膜逐渐遭到破坏，铁基与Cl-直接发生反应导致钢筋的锈蚀，增大混凝土中的空隙，进而加速混凝土桥梁中的钢筋锈蚀。

PVA-ECC 在氯盐侵蚀下的质量损失率分析一、背景介绍在现代工程建设中，混凝土结构被广泛应用，如桥梁、水坝、道路等。

然而，由于混凝土结构存在很多的缺陷，如热胀、冷缩、水膨胀、氯盐侵蚀等问题，导致混凝土结构的寿命缩短。

因此，研究混凝土的耐久性及其性能对于保障建筑物的安全和延长其寿命至关重要。

PVA-ECC 是一种高性能纤维增强水泥基复合材料，具有优异的抗裂性能、变形能力、韧性和耐久性能，被广泛应用于混凝土结构修复和加固领域。

然而，PVA-ECC 与氯盐的相互作用机理还不完全清楚，因此需要进行深入的研究。

本文旨在研究PVA-ECC 在氯盐侵蚀下的质量损失率，并对PVA-ECC 的性能进行评估和分析，为混凝土结构的稳定性和可靠性提供科学依据。

二、实验方法1.实验材料PVA-ECC 基材、氯化钠、水、砂、骨料2.实验步骤(1)制作混凝土试块：按照规定的配合比，将PVA-ECC 基材、砂、骨料和水混合制成混凝土试块。

(2)制备盐水：将氯化钠加入水中，调整浓度为5%。

(3)混凝土试块养护：将混凝土试块养护28 天，待硬化。

(4)盐水侵蚀：将混凝土试块分别加入盐水中，每3 天更换一次盐水，共持续28 天。

(5)测量质量损失率：分别在不同时间段内，称量盐水后浸泡的混凝土试块的质量，并计算质量损失率。

(6)对比分析：通过对比分析实验结果，评估PVA-ECC 在氯盐侵蚀下的稳定性。

三、结果分析1.混凝土试块的质量损失率通过计算，可以得到PVA-ECC 混凝土试块在不同时间段内的质量损失率，如下表所示：时间/天质量损失率/%0 03 0.066 0.289 0.5212 0.8515 1.218 1.621 2.0524 2.5427 3.0628 3.2由表可知，在氯盐侵蚀下，PVA-ECC 混凝土试块的质量损失率逐渐增加，且增长速度加快，到达28 天时，质量损失率达到3.2%。

2.PVA-ECC 混凝土试块的性能评估从表中可以看出，在氯盐侵蚀下，PVA-ECC 混凝土试块的质量损失率虽然存在，但整体来说仍保持了较好的稳定性。