钢筋混凝土锈胀效应的模拟实验研究

基于数值模拟的混凝土钢筋锈蚀损伤分析一、研究背景混凝土结构是现代建筑中广泛使用的一种结构，而钢筋则是混凝土结构中的重要组成部分。

但是，在实际的使用过程中，混凝土结构可能会受到钢筋锈蚀的影响，从而导致结构的损坏和安全隐患。

因此，对混凝土钢筋锈蚀损伤进行数值模拟研究，对保障混凝土结构的安全性具有重要意义。

二、钢筋锈蚀损伤机理钢筋锈蚀是指钢筋表面被氧化物覆盖，从而导致钢筋表面出现裂纹、脱落等现象。

钢筋锈蚀是由于混凝土结构中的水、氧气和二氧化碳等物质与钢筋表面的铁离子反应产生的。

这种反应会导致钢筋表面的碱度下降，从而使得钢筋表面易受到氧化物的侵蚀。

三、数值模拟方法数值模拟是一种研究物理问题的有效方法。

在混凝土钢筋锈蚀损伤分析中，数值模拟可以通过计算机模拟混凝土结构中钢筋的锈蚀过程，从而预测钢筋锈蚀对混凝土结构的影响。

数值模拟方法可以分为有限元方法和离散元方法两种。

四、有限元方法有限元方法是一种常用的数值模拟方法，它将实际问题抽象成为一个由许多小单元构成的问题，每个小单元的行为可以通过简单的数学方程来描述。

在混凝土钢筋锈蚀损伤分析中，有限元方法可以通过建立混凝土结构的有限元模型，计算钢筋锈蚀对混凝土结构的影响。

五、离散元方法离散元方法是一种基于颗粒模型的数值模拟方法，它将物质看作是由颗粒组成的离散体系，通过对颗粒间相互作用力的计算来模拟物质的运动和变形。

在混凝土钢筋锈蚀损伤分析中，离散元方法可以通过建立混凝土结构的离散元模型，计算钢筋锈蚀对混凝土结构的影响。

六、模型建立在进行混凝土钢筋锈蚀损伤分析时，需要建立混凝土结构的数值模型。

模型建立的过程包括建立混凝土结构的几何模型、确定材料参数和边界条件等。

在建立混凝土结构的几何模型时，可以采用CAD软件进行建模。

七、结果分析通过数值模拟可以得到混凝土结构中钢筋锈蚀对结构的影响。

在结果分析中，可以将结构的应力、位移等参数与钢筋锈蚀的程度进行对比，从而分析钢筋锈蚀对结构的影响。

第38卷第6期2012年12月四川建筑科学研究Sichuan Building Science收稿日期：2011-06-21作者简介：郑靖靖（1986－），女，山西太原人，硕士研究生，研究方向：混凝土耐久性。

基金项目：国家自然科学基金青年基金项目（50808173）E －mail ：ldyldg@163．com混凝土中钢筋不均匀锈胀的模拟试验研究郑靖靖，耿欧，高飞剑，李德宝（中国矿业大学力学与建筑工程学院，江苏徐州221008）摘要：通过钢筋开槽并施加油压的方式模拟混凝土中钢筋不均匀锈胀效应，得到了混凝土表面产生顺筋裂缝时所对应的油压值（近似锈胀力）及沿试件长度的裂缝宽度分布规律，为今后进一步研究和探寻混凝土中非均匀锈胀力分布及锈胀裂缝宽度发展规律提供了基础。

关键词：混凝土；钢筋锈蚀；不均匀锈胀力；顺筋裂缝中图分类号：TU375文献标识码：A文章编号：1008－1933（2012）06－093－03Simulation experiment of uneven expansion of corroded reinforcement in concreteZHENG Jingjing ，GENG Ou ，GAO Feijian ，LI Debao（School of Mechanics and Civil Engineering ，China University of Mining and Technology ，Xuzhou 221008，China ）Abstract ：This paper simulates the steel bar's uneven corroded expansive effect in concrete ，through the way of steel slotting and hydraulic fracturing ，obtaining the hydraulic value （similar as the corroded expansive force ）when steel cracks occurring on the concrete surface and distribution law of crack width along the length of the specimen．This may offers a foundation to further researching and exploring the uneven corroded expansive force's distribution and the corroded expansive crack width's development law on concrete．Key words ：concrete ；steel corrosion ；non-uniform expansion force ；longitudinal cracks0引言混凝土内钢筋锈胀引起的混凝土保护层开裂是造成钢筋混凝土结构耐久性失效的最主要原因之一［1-4］，使混凝土保护层出现顺筋裂缝的钢筋锈胀力大小的确定是钢筋混凝土结构耐久性研究中的重点问题之一［5］。

混凝土中钢筋锈蚀的试验与模拟研究混凝土是一种广泛使用的建筑材料，而钢筋则是混凝土中最常用的加强材料。

然而，由于环境和使用条件的影响，钢筋可能会出现锈蚀现象，这会导致混凝土的破坏和损坏。

因此，混凝土中钢筋锈蚀的试验和模拟研究显得十分重要。

一、试验研究为了研究混凝土中钢筋锈蚀的影响，许多试验被进行了。

其中，最常用的试验是浸泡试验和电化学腐蚀试验。

1.浸泡试验浸泡试验是一种简单有效的研究混凝土中钢筋锈蚀的方法。

该试验将混凝土试件放入盐水中，在一定时间内浸泡，然后将试件取出，观察钢筋的表面和混凝土的状况来判断钢筋锈蚀的程度。

该试验的优点是简单易行，但缺点是无法真实模拟混凝土中的实际情况。

2.电化学腐蚀试验电化学腐蚀试验是一种比较准确的研究混凝土中钢筋锈蚀的方法。

该试验通过施加一定电压和电流，模拟混凝土中的腐蚀环境，测量钢筋的腐蚀电位和电流密度，从而判断钢筋的锈蚀程度和混凝土的保护性能。

该试验的优点是可以模拟混凝土中的实际腐蚀环境，但缺点是操作复杂，需要专业的设备和技术支持。

二、模拟研究除了试验研究，模拟研究也是研究混凝土中钢筋锈蚀的重要手段。

1.有限元模拟有限元模拟是一种利用计算机对混凝土中钢筋锈蚀进行模拟的方法。

该方法可以通过建立混凝土和钢筋的物理和力学模型，模拟钢筋在混凝土中的腐蚀过程和混凝土的损伤过程。

该方法的优点是可以模拟复杂的工程情况和多种腐蚀环境，但缺点是需要大量计算和数据处理，需要高性能计算机和专业软件支持。

2.分子动力学模拟分子动力学模拟是一种利用分子模拟技术对混凝土中钢筋锈蚀进行模拟的方法。

该方法可以通过建立混凝土材料和钢筋的分子模型，模拟钢筋和混凝土材料的相互作用和腐蚀过程。

该方法的优点是可以模拟微观的腐蚀过程和材料的物理和化学性质，但缺点是需要大量的计算和数据处理，需要高性能计算机和专业软件支持。

三、结论综上所述，混凝土中钢筋锈蚀的试验和模拟研究是十分重要的。

试验研究可以模拟混凝土中的实际情况，可以直观地观察和判断钢筋的锈蚀程度和混凝土的保护性能，但存在操作复杂和无法准确模拟实际情况的缺点。

线性极化法检测混凝土中钢筋锈蚀的实验研究一、概览随着建筑行业的发展，混凝土结构在工程中的应用越来越广泛。

然而由于混凝土结构的长期使用和环境因素的影响，钢筋锈蚀问题日益严重，给建筑物的安全性和使用寿命带来了很大的隐患。

因此对混凝土中钢筋锈蚀的检测显得尤为重要，传统的钢筋锈蚀检测方法主要包括目视检查、外观观察、化学试剂检测等，这些方法存在一定的局限性，如检测结果受人为因素影响较大、检测周期较长等。

近年来随着科技的发展，线性极化法作为一种新型的钢筋锈蚀检测方法逐渐受到研究者的关注。

线性极化法是一种基于电磁感应原理的无损检测技术，通过测量钢筋在特定电磁场中的磁化强度来判断钢筋是否锈蚀。

该方法具有操作简便、检测速度快、灵敏度高、可重复性好等优点，为混凝土结构中钢筋锈蚀的快速准确检测提供了有力的技术支持。

本实验旨在研究线性极化法在混凝土中钢筋锈蚀检测中的应用，以期为实际工程提供一种有效的检测手段。

实验首先对混凝土试件进行预处理，包括去除保护层、打磨表面等；然后在试件表面涂抹不同浓度的铁离子溶液，模拟钢筋锈蚀环境；最后利用线性极化法对试件进行检测，分析钢筋锈蚀程度。

通过对实验数据的收集和分析，探讨线性极化法在混凝土中钢筋锈蚀检测中的可行性和准确性，为今后的研究和应用提供理论依据和实践经验。

A. 研究背景和意义随着社会经济的快速发展，建筑行业在国民经济中的地位日益重要。

然而由于建筑材料的质量问题和使用环境的影响，混凝土结构的安全性和耐久性成为了人们关注的焦点。

钢筋作为混凝土结构中的主要受力构件，其锈蚀状况直接影响到结构的安全性和使用寿命。

因此研究钢筋锈蚀现象及其检测方法具有重要的理论和实际意义。

传统的钢筋锈蚀检测方法主要包括目视检查、外观评价、化学分析等，这些方法虽然在一定程度上可以反映钢筋的锈蚀状况，但存在一定的局限性，如检测结果受到人为因素的影响较大，检测周期较长，不能实时监测钢筋锈蚀情况等。

此外这些方法对于钢筋内部锈蚀情况的检测效果较差，难以满足现代建筑结构对钢筋锈蚀状况的准确评估要求。

混凝土钢筋锈蚀损伤的三维数字模拟研究一、研究背景混凝土结构在长期使用过程中，会受到多种因素的影响，其中钢筋锈蚀是混凝土结构损伤的主要原因之一。

钢筋锈蚀不仅会降低混凝土结构的强度和耐久性，还会加速混凝土的损伤和破坏。

因此，对于混凝土钢筋锈蚀损伤的研究已经成为了混凝土结构研究领域的重要内容。

二、研究内容本研究旨在通过三维数字模拟的方法，对混凝土钢筋锈蚀损伤进行研究。

具体包括以下几个方面：1.建立混凝土钢筋锈蚀损伤的三维数字模型；2.通过数值模拟方法，模拟混凝土结构在不同锈蚀程度下的受力性能和变形特征；3.分析混凝土结构在不同锈蚀程度下的损伤机理和损伤模式；4.探讨混凝土结构在不同锈蚀程度下的维修和加固方法。

三、研究方法1.建立混凝土钢筋锈蚀损伤的三维数字模型本研究采用ANSYS软件建立混凝土钢筋锈蚀损伤的三维数字模型。

首先，根据混凝土结构的实际情况，绘制出混凝土结构的三维模型。

然后，在模型中添加钢筋，设置钢筋的直径和间距，并在钢筋周围添加混凝土材料。

接着，在模型中添加锈蚀因素，模拟不同程度的钢筋锈蚀情况。

2.数值模拟方法本研究采用ANSYS软件进行数值模拟，通过有限元方法模拟混凝土结构在不同锈蚀程度下的受力性能和变形特征。

首先，根据混凝土结构的实际情况，设置模拟条件，包括外载荷、边界条件等。

然后，根据模型中不同程度的钢筋锈蚀情况，设置不同的材料参数和力学性质。

最后，进行数值模拟，得到混凝土结构在不同锈蚀程度下的受力性能和变形特征。

3.分析损伤机理和损伤模式本研究通过数值模拟结果，分析混凝土结构在不同锈蚀程度下的损伤机理和损伤模式。

首先，根据模拟结果，分析钢筋锈蚀对混凝土结构的强度和刚度的影响。

然后，分析混凝土结构在不同锈蚀程度下的损伤模式，包括钢筋断裂、混凝土裂缝、截面变形等。

4.探讨维修和加固方法本研究根据分析结果，探讨混凝土结构在不同锈蚀程度下的维修和加固方法。

针对不同的损伤模式和程度，提出不同的维修和加固方法，包括钢筋补强、混凝土修补、钢板加固等。

混凝土中钢筋锈蚀的预测模型研究一、研究背景混凝土结构是现代建筑中最为常见的一种结构形式，而钢筋混凝土结构更是其中的主流。

由于钢筋混凝土结构中钢筋与混凝土之间的协同作用，使得其具有了良好的受力性能。

然而，随着时间的推移，钢筋混凝土结构中钢筋表面可能会出现锈蚀现象，导致钢筋的力学性能和耐久性下降，从而影响整个结构的安全性能。

因此，混凝土中钢筋锈蚀的预测模型研究具有极其重要的意义。

二、研究现状目前，对于混凝土中钢筋锈蚀的预测模型研究已经有了一些成果。

其中，最常用的预测模型是基于钢筋锈蚀深度的预测模型。

这种模型的基本思路是通过对混凝土中钢筋表面的锈蚀深度进行测量，并根据一定的数学模型来预测锈蚀的发展趋势。

此外，还有一些基于物理力学模型的预测模型，它们通过建立混凝土中钢筋与混凝土之间的力学模型，来预测钢筋的锈蚀发展趋势。

这些模型的预测精度和适用范围各有不同，需要根据实际应用情况进行选择。

三、研究内容本研究旨在建立一种适用于钢筋混凝土结构的预测模型，通过对混凝土中钢筋表面锈蚀深度的测量，结合物理力学模型，来预测钢筋锈蚀的发展趋势。

具体研究内容包括以下几方面：1. 钢筋表面锈蚀深度的测量方法研究。

目前，常用的测量方法包括电化学方法、重量损失法、表面形貌法等。

本研究将比较不同测量方法的优缺点，选择适合的方法进行测量。

2. 钢筋混凝土的力学模型研究。

本研究将建立钢筋混凝土的力学模型，考虑混凝土的弹性模量、泊松比、钢筋的弹性模量、截面积等因素，以及钢筋与混凝土之间的黏结力和摩擦力等因素，建立钢筋混凝土的力学模型，为后续的预测模型打下基础。

3. 钢筋锈蚀的预测模型研究。

本研究将基于钢筋表面锈蚀深度的数据，结合钢筋混凝土的力学模型，建立钢筋锈蚀的预测模型。

通过对模型的验证和修正，得到更加精确的预测结果。

四、研究方法本研究将采用实验研究和数值模拟相结合的方法。

具体方法包括以下几方面：1. 实验研究：通过制备不同锈蚀程度的钢筋混凝土试件，进行锈蚀深度的测量和力学性能测试。

混凝土中钢筋加速锈蚀试验适用性研究一、本文概述《混凝土中钢筋加速锈蚀试验适用性研究》一文旨在探讨和分析在混凝土环境下钢筋加速锈蚀试验的适用性问题。

钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的关键因素之一，因此，对钢筋锈蚀过程的理解和控制至关重要。

本文首先对混凝土中钢筋锈蚀的基本原理进行阐述，包括锈蚀的成因、影响因素以及锈蚀对混凝土结构性能的影响。

在此基础上，文章重点关注了加速锈蚀试验的方法和适用性。

加速锈蚀试验是一种通过模拟或强化自然环境下的锈蚀条件，加速钢筋锈蚀过程，从而在短时间内获得锈蚀数据的试验方法。

本文详细分析了各种加速锈蚀试验方法的原理、优缺点和适用范围，包括电化学加速锈蚀、盐雾加速锈蚀、湿热循环加速锈蚀等。

文章还将对加速锈蚀试验在混凝土结构耐久性评估、锈蚀机理研究、新型防腐材料研发等领域的应用进行探讨。

通过对比实际工程中的锈蚀数据和加速锈蚀试验的结果，评估各种加速锈蚀试验方法的准确性和可靠性，为混凝土结构耐久性设计和维护提供科学依据。

本文还将对加速锈蚀试验的未来发展趋势进行展望，提出改进现有试验方法、开发新型加速锈蚀试验设备的建议，以推动混凝土结构耐久性研究的深入发展。

二、混凝土中钢筋锈蚀的机理和影响因素钢筋锈蚀是一个电化学过程，主要包括阳极反应和阴极反应两个阶段。

在阳极，铁（Fe）失去电子变成铁离子（Fe²⁺），而在阴极，水分子（H₂O）和氧气（O₂）接收电子生成氢氧根离子（OH⁻）。

这两个过程产生的铁离子和氢氧根离子结合形成氢氧化铁（Fe(OH)₃），随后转化为铁锈（Fe₂O₃·xH₂O）。

钢筋锈蚀会导致其体积膨胀，进而引发混凝土开裂，降低结构的承载能力。

（1）氯离子含量：氯离子是引起钢筋锈蚀的主要因素之一。

当混凝土中氯离子含量超过一定限值时，会破坏钢筋表面的钝化膜，加速锈蚀过程。

（2）氧气供应：混凝土中氧气的供应情况直接影响钢筋锈蚀的速率。

在氧气充足的环境中，钢筋锈蚀速度会加快。

摘要钢筋混凝土是土木工程领域中最主要的材料之一，其性能受周围环境影响较大，而在潮湿、多化学盐的环境下，钢筋混凝土会发生锈胀破坏导致结构失效，所以对钢筋混凝土锈胀破坏破坏过程及破坏机理的研究是必要的。

目前钢筋混凝土锈胀的研究大多在宏观层次上进行的，而本文在细观层次展开研究，将钢筋混凝土看作由钢筋、骨料、砂浆以及钢筋、骨料与砂浆之间的界面过渡区(ITZ)组成的非均匀材料，在宏观层次上进行钢筋混凝土人工加速锈胀试验、在细观层次上进行数值仿真分析，由此得出相关现象和结论。

首先从细观层次出发，利用MATLAB数学编程平台拟合出氯离子在混凝土内部扩散后浓度分布情况；然后对部分特征钢筋混凝土试件进行人工加速锈胀试验；之后以随机骨料模型理论为基础，借助MATLAB编程平台使用蒙特卡罗法建立了考虑面积占比增加系数的多边形骨料模型；最后借助ABAQUS有限元数值模拟软件对所建立的模型加以强制位移和等效作用力来模拟试件锈胀损伤扩展情况，并在此基础上模拟了保护层厚度对试件损伤扩展的影响。

研究结果表明：MATLAB可以拟合氯离子在混凝土中扩散的过程，并发现该过程钢筋周围氯离子浓度分布不均匀；从钢筋混凝土锈胀过程来看，钢筋位于中部和角部时混凝土外端开裂与最终破坏时间相差较大；从试件的切片损伤结果来看，钢筋位于中部的混凝土损伤分布大致呈“┴”形，而钢筋位于角部的混凝土损伤分布大致呈“×”形，且测得钢筋锈蚀后的半径表明钢筋锈蚀结果呈非均匀形态；通过有限元数值模拟结果发现等效作用力的加载方式优于强制位移的加载方式，且基于等效作用力加载方式模拟出的保护层厚度对混凝土损伤影响表明，钢筋的保护层厚度对试件损伤程度和损伤形态有较大影响。

该论文有图65幅，表13个，参考文献51篇。

关键词：钢筋混凝土；细观层次；氯离子扩散；锈胀作用；随机骨料模型；混凝土塑性损伤AbstractReinforced concrete is one of the most important materials in the field of civil engineering. Its performance is greatly affected by the surrounding environment. In the humid and multi-chemical salts environment, it will promote the corrosion of reinforced concrete and lead to structural damage and failure. Therefore, it is necessary to study the mechanism and process of the corrosion and expansion of reinforced concrete. At present, the research of reinforced concrete rust expansion is mostly carried out at the macro level, in the process of the meso-level research, the reinforced concrete is regarded as a heterogeneous material composed of reinforcing steel, aggregate, mortar and the interface transition zone (ITZ) between reinforcing steel, aggregate and mortar. Through the macro-level accelerated corrosion test of reinforced concrete and the micro-level numerical simulation analysis, the relevant phenomena and conclusions are finally obtained.Starting from the meso-level, the concentration distribution of chloride after diffusion in concrete is fitted by MATLAB mathematical programming platform; then the accelerated corrosion expansion test is carried out on some characteristic reinforced concrete specimens; then, based on the theory of random aggregate model, the polygon aggregate model considering the area ratio increase factor is established by using Monte Carlo method with the help of MATLAB programming platform. Finally, with the help of ABAQUS finite element numerical simulation software, the force displacement and equivalent force of the model are applied to simulate the expansion of rust expansion damage of specimens, and on this basis, the influence of the thickness of protective layer on the expansion of damage of specimens is simulated.It can be used to determine that: MATLAB can fit the process of chloride diffusion in concrete, and found that the chloride concentration distribution around the reinforcement is non-uniform; from the view of reinforced concrete corrosion expansion process, when the reinforcement is located in the middle of the concrete, the difference between the cracking time and the ultimate failure time of the outer end of the concrete is greater than when the reinforcement is located in the corner; According to the results of slice damage, the damage distribution of concrete with steel bar in the middle is approximately in the shape of “┴”, while the damage distribution of concrete with steel bar in the corner is approximately in the shape of “×”, and the measured radius of steel bar corroded indicates that the corrosion result of steel bar is non-uniform. The results of finite element numerical simulation show that the loading mode ofequivalent force is better than that of forced displacement. Furthermore, the effect of protective layer thickness on concrete damage simulated by equivalent force loading mode shows that the protective layer thickness of steel bar has a great influence on the damage degree and damage morphology of specimens.Keyword: reinforced concrete; meso-scale; chloride diffusion; corrosions and expansion;concrete damaged plasticity目录摘要 (Ⅰ)目录 (IV)图清单 (VIII)表清单 (XII)变量注释表 (XIII)1 绪论 (1)1.1研究背景与研究意义 (1)1.2细观力学研究现状 (2)1.3氯离子在混凝土中扩散的影响因素 (3)1.4钢筋混凝土锈胀破坏理论 (5)1.5论文主要研究内容 (7)2 氯离子在混凝土中扩散的MATLAB拟合法 (9)2.1基于Fick定律的氯离子扩散模型 (9)2.2MATLAB对氯离子在混凝土中扩散拟合研究 (11)2.3本章小结 (16)3 氯离子环境下钢筋混凝土人工加速锈胀试验研究 (17)3.1试验过程 (17)3.2钢筋混凝土锈胀试验现象描述 (23)3.3试验结果及分析 (24)3.4钢筋锈蚀形态及锈蚀后半径测定 (35)3.5本章小结 (36)4 混凝土数值模型选取与建立 (38)4.1混凝土细观数值模型 (38)4.2随机骨料模型建立 (39)4.3考虑面积占比增加系数的多边形骨料与经典圆形骨料算法对比 (45)4.4本章小结 (46)5 锈胀作用下钢筋混凝土损伤扩展数值模拟 (47)5.1氯离子在钢筋混凝土中扩散浓度分布 (47)5.2考虑氯离子扩散的钢筋非均匀锈蚀力学行为研究 (48)5.3钢筋锈胀作用下混凝土损伤扩展数值模拟 (54)5.4钢筋保护层厚度对混凝土损伤扩展的影响 (67)5.5本章小结 (76)6 结论与展望 (77)6.1结论 (77)6.2展望 (78)参考文献 (82)学位论文原创性声明 (83)学位论文数据集 (84)ContentsAbstract (I)Contents ......................................................................................................................................I V List of Figures .. (VIII)List of Tables (XII)List of Variables (XIII)1 Introduction (1)1.1 Background and Significance (1)1.2 Research Status of Meso-mechanics (2)1.3 Factors Affecting the Diffusion of Chloride in Concrete (3)1.4 Corrosion Expansion Failure Theory of Reinforced Concrete (5)1.5 Main Contents (7)2 MATLAB Fitting Method for Chloride Diffusion in Concrete (9)2.1 Chloride Diffusion Model Based on Fick Theory (9)2.2 Study on Fitting Chloride Diffusion in Concrete by MATLAB (11)2.3 Summary (16)3 Experimental Study on Artificial Accelerated Corrosion of Reinforced Concrete Specimens in Chloride Environment (17)3.1 Experimental Procedure (17)3.2 Description of Corrosion Test Phenomenon of Reinforced Concrete (23)3.3 Results and Analysis (24)3.4 Corrosion Pattern of Steel Bars and Determination of Radius after Corrosion (35)3.5 Summary (36)4 Selection and Establishment of Concrete Numerical Model (38)4.1 Meso-numerical Model of Concrete (38)4.2 Establishment of Random Aggregate Model (39)4.3 Contrast the Area Ratio Increase Coefficient Polygon Aggregate and Classical CircularAggregate Algorithm (45)4.4 Summary (46)5 Numerical Simulation of Damage Propagation of Reinforced Concrete under Corrosion (47)5.1 Diffusion Concentration Distribution of Chloride in Reinforced Concrete (47)5.2 Mechanical Behavior of Non-uniform Corrosion of Reinforcement Bars ConsideringChloride Diffusion (48)5.3 Numerical Simulation of Concrete Damage Propagation unde Steel Corrosion (54)5.4 Influence of Thickness of Steel Protective Layer on Concrete Damage Propagation (67)5.5 Summary (76)6 Conclusion and Outlook (77)6.1 Conclusion (77)6.2 Outlook (78)References (79)Author’s Resume (82)Declaration of Thesis Originality (83)Thesis Data Colloection (84)图清单表清单变量注释表c D 物质的扩散系数 t时间 cp P 砂浆孔隙率 R钢筋半径θ钢筋、锈蚀产物轮廓上的点与水平方向的夹角 η钢筋锈蚀率n 钢筋锈蚀产物自由膨胀率ε[]1,0区间上均匀分布的随机变量min x 骨料投放区域横坐标最小值 max x 骨料投放区域横坐标最大值 min y 骨料投放区域纵坐标最小值 max y 骨料投放区域纵坐标最大值 x任意圆心横坐标的值 y任意圆心纵坐标的值 min D 投放骨料粒径下限 max D投放骨料粒径上限 D投放骨料粒径 d投放骨料半径 j i 、顺序编号a 投放骨料轮廓上各点的横坐标 b投放骨料轮廓上各点的纵坐标 'a 投放骨料周围ITZ 轮廓上各点的横坐标 'b 投放骨料周围ITZ 轮廓上各点的纵坐标 P 骨料通过筛孔直径为D 骨料的质量百分比 k P 骨料体积占总体积的百分比θu 某点与钢筋圆心所在直线与Cl -扩散面之间呈θ角度时锈蚀产物厚度 1u 靠近混凝土保护层端最大锈蚀厚度 2u 背离混凝土保护层端锈蚀厚度 ζ 钢筋与混凝土空隙过渡厚度 V体积符号 等效ε 等效应变 等效E等效弹性模量 t σ 混凝土单轴受拉应力 c σ 混凝土单轴受压应力 ine t ~ε 混凝土受拉开裂应变 ine c~ε混凝土受压非弹性应变 t ε 混凝土单轴拉伸总应变 c ε混凝土单轴压缩总应变el t 0ε混凝土单轴拉伸无损伤的弹性应变elε混凝土单轴压缩无损伤的弹性应变c0σ混凝土单轴拉伸极限应力0tσ混凝土单轴压缩初始屈服应力cσ混凝土单轴压缩屈服应力cud受拉损伤因子td受压损伤因子cf混凝土单轴抗拉强度代表值r t,ε混凝土单轴抗拉强度代表值对应的应变值r t,f混凝土单轴抗压强度代表值c,rε混凝土单轴抗压强度代表值对应的应变值r c,α混凝土单轴受压应力－应变曲线下降段的参数值cα混凝土单轴受拉应力－应变曲线下降段的参数值t1 绪论1.1研究背景与研究意义纵观近现代建筑发展史，混凝土作为建筑的主要材料被应用在重要的受力构件上，且混凝土性能受工作环境影响较大，所以混凝土的研究是当今学者们热衷的话题之一。

混凝土结构钢筋锈胀数值模拟萧澎伟;易宁【摘要】通过对混凝土梁在钢筋锈蚀膨胀作用下的开裂全过程进行模拟,得到混凝土梁在钢筋均匀锈蚀膨胀和非均匀锈蚀膨胀情况下的裂缝产生和发展的情况,分析了保护层胀裂时的钢筋膨胀率的影响因素,其中包括混凝土保护层的厚度、钢筋直径、混凝土的强度等级.通过比较试验数据与前人研究成果,结果都体现了相同的钢筋锈胀规律.在此基础上,提出结构耐久性的影响因素并指导结构耐久性设计.%A FE analysis model was made to simulate the whole process of cracking in RC beam due to the expansion of corroded reinforcement.The initiation and development process of cracking due to even and uneven expansion of corroded reinforcement were obtained,and the factors affecting the expansion rate at the time of cracking in the concrete cover were analyzed,including the thickness of concrete cover,rebar diameter and the concrete strength grade.The comparison of the experimental data with the previous research results indicated the same laws of corroded expansion.On this basis,the factors of structure durability and guided the design of structural durability were proposed.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】7页(P45-50,56)【关键词】钢筋锈蚀;裂缝扩展;耐久性;保护层;模拟【作者】萧澎伟;易宁【作者单位】中交四航工程研究院有限公司,广东广州510230;水工构造物耐久性技术交通行业重点实验室,广东广州510230;广东省建筑科学研究院集团股份有限公司,广东广州510500【正文语种】中文【中图分类】U654钢筋混凝土钢筋锈蚀膨胀引起的结构破坏是当今混凝土耐久性的主要难题[1]。

混凝土中钢筋锈蚀的试验与模拟研究一、研究背景钢筋锈蚀是混凝土结构长期使用过程中常见的问题之一。

钢筋锈蚀会导致混凝土的强度和耐久性下降，从而影响混凝土结构的使用寿命和安全性。

因此，对混凝土中钢筋锈蚀的试验与模拟研究具有重要的理论和实践意义。

二、试验研究1.试验目的通过试验研究混凝土中钢筋锈蚀的过程和特点，探究不同条件下钢筋锈蚀的影响因素。

2.试验方法采用加速锈蚀试验方法，将试验样品放置在含有盐酸、氯离子等腐蚀介质的环境中，通过对试验样品的重量变化、电化学测试等方式来研究钢筋锈蚀的过程和特点。

3.试验结果试验结果表明，混凝土中钢筋锈蚀过程受到很多因素的影响，如环境介质、钢筋保护措施、混凝土配合比等。

在盐酸和氯离子的腐蚀介质中，钢筋锈蚀速度加快，锈蚀程度更严重。

适当的钢筋保护措施和合理的混凝土配合比可以有效减缓钢筋锈蚀的速度。

三、模拟研究1.模拟目的通过数值模拟的方法，研究混凝土中钢筋锈蚀的过程和特点，探究不同条件下钢筋锈蚀的影响因素。

2.模拟方法采用有限元数值模拟的方法，建立混凝土结构的模型，考虑钢筋锈蚀对混凝土力学性能的影响，通过模拟分析钢筋锈蚀的过程和特点，探究不同条件下钢筋锈蚀的影响因素。

3.模拟结果模拟结果表明，混凝土中钢筋锈蚀过程和试验结果相似，受到很多因素的影响，如环境介质、钢筋保护措施、混凝土配合比等。

在盐酸和氯离子的腐蚀介质中，钢筋锈蚀速度加快，锈蚀程度更严重。

适当的钢筋保护措施和合理的混凝土配合比可以有效减缓钢筋锈蚀的速度。

同时，模拟结果还表明钢筋锈蚀会影响混凝土结构的力学性能，如强度和刚度等。

四、结论混凝土中钢筋锈蚀是混凝土结构长期使用过程中常见的问题之一，通过试验和模拟研究可以探究不同条件下钢筋锈蚀的影响因素。

试验和模拟结果表明，环境介质、钢筋保护措施、混凝土配合比等因素对钢筋锈蚀的速度和程度有着重要的影响。

适当的钢筋保护措施和合理的混凝土配合比可以有效减缓钢筋锈蚀的速度，从而提高混凝土结构的使用寿命和安全性。

混凝土中钢筋锈蚀预测模型的研究1.研究背景钢筋混凝土结构是现代建筑中广泛使用的一种结构形式。

然而，钢筋混凝土结构中的钢筋锈蚀是一个普遍存在的问题。

钢筋锈蚀会导致钢筋的强度下降，从而降低整个结构的承载能力，严重时甚至会导致结构的倒塌。

因此，预测钢筋锈蚀的情况对于保障钢筋混凝土结构的安全具有重要意义。

2.研究现状目前，国内外学者已经对混凝土中钢筋锈蚀预测模型进行了广泛的研究。

其中，主要的预测模型有基于电化学阻抗法的预测模型、基于有限元方法的预测模型、基于神经网络的预测模型等等。

基于电化学阻抗法的预测模型是一种常用的方法。

该方法利用电极在混凝土表面的电化学反应，通过测量电化学阻抗来预测钢筋锈蚀的情况。

该方法具有非破坏性、可重复性、实时性等优点，但是其精度受到混凝土表面湿度、温度等环境因素的影响。

基于有限元方法的预测模型是一种数值模拟方法。

该方法通过建立混凝土中钢筋锈蚀的数学模型，并利用计算机进行模拟，预测钢筋锈蚀的程度。

该方法具有较高的精度，但是需要耗费较多的时间和计算资源。

基于神经网络的预测模型是近年来发展起来的一种新方法。

该方法利用神经网络的强大的学习能力，通过训练数据集来预测钢筋锈蚀的情况。

该方法具有较高的预测精度和较快的计算速度，但是需要耗费大量的训练数据。

3.研究内容本研究旨在建立一种高精度、实用性强的混凝土中钢筋锈蚀预测模型。

具体研究内容如下：1）建立预测模型本研究将综合利用电化学阻抗法、有限元方法和神经网络方法，建立混凝土中钢筋锈蚀的预测模型。

首先，利用电化学阻抗法测量混凝土表面的电化学阻抗，得到钢筋混凝土结构的腐蚀状态。

然后，将电化学阻抗数据输入到有限元方法中，建立混凝土中钢筋锈蚀的数学模型，通过有限元模拟计算出钢筋的腐蚀程度。

最后，将有限元模拟得到的数据作为训练数据，利用神经网络方法建立混凝土中钢筋锈蚀的预测模型。

2）优化预测模型本研究将采用遗传算法和粒子群优化算法对建立的预测模型进行优化。