钢筋混凝土结构开裂时刻的钢筋锈胀力模型

钢绞线非均匀锈蚀下混凝土胀裂细观数值模拟
曾天宝;陈宏;黄筱淇;涂荣辉;戴理朝
【期刊名称】《中外公路》
【年(卷),期】2024(44)2
【摘要】针对捻制构造钢绞线非均匀锈蚀引起的混凝土胀裂问题,该文建立钢绞线锈蚀产物非均匀膨胀模型和钢绞线非均匀锈蚀下混凝土胀裂细观数值模型。

混凝土材料被模拟为由砂浆基质、骨料、界面层所组成的三相复合材料,并通过嵌入黏聚单元模拟由钢绞线非均匀锈蚀导致的混凝土胀裂行为。

通过与已有试验对比验证所建模型的合理性,并分析混凝土保护层厚度与骨料含量对锈胀裂缝宽度的影响。

结果表明:所建立的非均匀细观数值模型能够合理地模拟钢绞线非均匀锈蚀导致的混凝土胀裂全过程。

考虑钢绞线非均匀锈蚀特征可以有效地提高锈胀裂缝预测精度。

锈胀裂缝宽度随混凝土保护层厚度减小而增大,随混凝土中骨料含量增大而减小。

【总页数】8页(P174-181)
【作者】曾天宝;陈宏;黄筱淇;涂荣辉;戴理朝
【作者单位】南昌市城市规划设计研究总院;浙江省交通工程管理中心;长沙理工大学土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U447
【相关文献】
1.钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂细观数值研究
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3.混凝土中钢筋不均匀锈胀的数值模拟及锈蚀产物量的预测
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强冲击下钢筋混凝土的计算模型与动力破坏一、1.1 钢筋混凝土结构简介钢筋混凝土结构是一种常见的建筑结构，它由钢筋和混凝土组成，具有很好的抗压、抗拉、抗弯等性能。

在强冲击作用下，钢筋混凝土结构可能会发生严重的动力破坏。

因此，研究钢筋混凝土结构的计算模型和动力破坏机理具有重要意义。

二、2.1 钢筋混凝土结构的损伤模式钢筋混凝土结构的损伤模式主要有两种：脆性断裂和韧性断裂。

脆性断裂是指在外力作用下，结构局部发生快速破裂，导致整个结构的破坏；韧性断裂是指在外力作用下，结构局部发生塑性变形，随着外力的继续作用，结构逐渐发生破坏。

三、2.2 钢筋混凝土结构的动力破坏机理钢筋混凝土结构的动力破坏机理主要包括以下几个方面：一是钢筋混凝土结构的初始损伤；二是外力的持续作用；三是结构内部的应力积累和释放；四是结构的局部屈曲和整体倒塌。

四、2.3 钢筋混凝土结构的计算模型为了研究钢筋混凝土结构的动力破坏机理，需要建立相应的计算模型。

目前，常用的钢筋混凝土结构计算模型有两类：一类是基于弹性理论的计算模型，如弹塑性力学模型；另一类是基于塑性理论的计算模型，如本构关系模型。

五、3.1 钢筋混凝土结构抗冲切性能研究抗冲切性能是衡量钢筋混凝土结构抵抗冲击荷载能力的重要指标。

为了提高钢筋混凝土结构的抗冲切性能，可以采用以下几种方法：一是增加钢筋的截面积；二是改善混凝土的抗冲击性能；三是采用预制构件和连接技术。

六、3.2 钢筋混凝土结构抗震性能研究抗震性能是衡量钢筋混凝土结构在地震作用下抵抗破坏能力的重要指标。

为了提高钢筋混凝土结构的抗震性能，可以采用以下几种方法：一是合理设计结构布局；二是选择合适的减震措施；三是采用加固技术和隔震技术。

七、3.3 钢筋混凝土结构耐久性研究耐久性是衡量钢筋混凝土结构使用寿命长短的重要指标。

为了提高钢筋混凝土结构的耐久性，可以采用以下几种方法：一是选择合适的材料；二是合理设计施工工艺；三是采用防腐和防护技术。

钢筋混凝土结构的钢筋滞回模型钢筋混凝土结构由钢筋和混凝土两种材料组成。

钢筋是一种具有高强度、高刚度的材料，通常以钢丝或钢绞线的形式存在。

混凝土是一种具有高抗压强度、耐久性和防火性能好的材料，通常以砂、石、水泥等材料混合而成。

在钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土通过一定的组合方式协同工作，从而发挥出结构整体的优势。

钢筋滞回模型是指在反复荷载作用下，钢筋混凝土结构的荷载-位移曲线呈现出“滞回”形态的现象。

滞回曲线是指在整个加载过程中，结构位移与荷载之间的关系曲线呈现出“8”字形或类似形态。

在钢筋混凝土结构中，由于钢筋和混凝土两种材料的相互作用，使得结构在反复荷载作用下产生塑性变形，进而呈现出滞回现象。

钢筋滞回模型可以分为静态钢筋滞回模型和动态钢筋滞回模型。

静态钢筋滞回模型是指在静力荷载作用下，钢筋混凝土结构的滞回曲线呈现出一个完整的“8”字形。

这种模型主要考虑了材料的塑性变形和损伤积累，以及结构的恢复性能。

动态钢筋滞回模型则是指在动力荷载作用下，钢筋混凝土结构的滞回曲线呈现出多个“8”字形或类似形态。

这种模型主要考虑了材料动态性能和结构动力响应。

静态钢筋滞回模型和动态钢筋滞回模型各有优缺点。

静态钢筋滞回模型较为简单，可以直观地反映出结构在静力荷载作用下的性能，但无法考虑动力荷载对结构的影响。

而动态钢筋滞回模型可以更好地模拟结构在动力荷载作用下的性能，但计算较为复杂，需要更多的参数和数据支持。

因此，在实际应用中，需要根据具体的情况选择适合的钢筋滞回模型。

影响钢筋滞回模型的因素有很多，主要包括钢筋材料的非线性、混凝土的损伤和断裂、以及结构构造和施工等因素。

这些因素会对结构的滞回性能产生直接的影响，因此需要在模型建立过程中充分考虑。

还需要针对具体工程实例进行详细的实验和分析，以确定最佳的钢筋滞回模型。

钢筋混凝土结构的钢筋滞回模型在工程中具有广泛的应用前景。

它可以用于结构的抗震设计和评估。

通过建立精确的钢筋滞回模型，可以更加真实地模拟结构在地震作用下的性能，为结构的抗震设计和评估提供更加可靠的依据。

强冲击下钢筋混凝土的计算模型与动力破坏一、1.1 钢筋混凝土结构简介钢筋混凝土结构是一种广泛应用于建筑、桥梁、隧道等领域的结构类型。

它的主要特点是具有良好的抗压、抗拉、抗弯等性能，同时还具有较好的抗震性能。

在强冲击作用下，钢筋混凝土结构可能会出现严重的动力破坏现象，如裂缝、滑移、倒塌等。

因此，研究钢筋混凝土结构的计算模型和动力破坏机理对于提高结构的安全性能具有重要意义。

二、2.1 钢筋混凝土结构的损伤模式钢筋混凝土结构的损伤模式主要包括以下几种：(1)局部裂缝：当结构受到冲击作用时，由于内部应力的集中，可能导致局部区域出现裂缝。

这种裂缝通常是由于结构中的钢筋与混凝土之间的粘结强度不足引起的。

(2)滑移：在强烈的冲击作用下，结构的某些部位可能会发生相对滑动，导致结构的不稳定。

这种滑移通常是由于结构中的钢筋与混凝土之间的粘结强度不足以及结构的刚度不足引起的。

(3)倒塌：当结构的破坏程度达到一定程度时，可能会发生整体倒塌。

这种倒塌通常是由于结构的整体刚度不足以及结构的承载能力不足引起的。

三、3.1 钢筋混凝土结构的计算模型为了研究钢筋混凝土结构的动力破坏机理，需要建立相应的计算模型。

目前，常用的计算模型主要有以下几种：(1)双线性模型：双线性模型是一种简化的计算模型，它将结构划分为若干个单元，并假设单元之间的连接关系是直线型的。

这种模型适用于规则结构的计算分析。

(2)空间模型：空间模型是一种更为复杂的计算模型，它将结构划分为多个空间单元，并考虑了单元之间的连接关系和空间分布。

这种模型适用于非规则结构的计算分析。

(3)有限元模型：有限元模型是一种基于离散化思想的计算模型，它将结构划分为大量的单元，并通过求解线性方程组来近似求解结构的响应。

这种模型适用于复杂结构的计算分析。

四、3.2 动力破坏机理研究方法为了深入研究钢筋混凝土结构的动力破坏机理，需要采用多种方法进行综合分析。

这些方法主要包括以下几种：(1)试验研究：通过对不同冲击条件下的结构进行试验，可以获取结构的损伤过程和破坏特征，从而为理论分析提供依据。

受腐蚀钢筋混凝土构件的恢复力模型贡金鑫 李金波 赵国藩(大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024)摘要:根据受腐蚀钢筋混凝土偏心受压试件的试验结果,提出了受腐蚀钢筋混凝土构件的恢复力模型及其骨架曲线的确定方法。

研究表明,对于受腐蚀的钢筋混凝土结构,尽管由于腐蚀作用钢筋与混凝土的滑移不能再使构件的变形保持平截面,但对根据平截面假定计算的荷载-变形曲线进行修正,可获得与试验符合的结果。

受腐蚀钢筋混凝土构件的恢复力模型仍可采用现有的恢复力模型。

关键词:钢筋混凝土;腐蚀;恢复力模型中图分类号:TU375 3 TU352 TU317* 1 文献标识码:A 文章编号:1000 131X (2005)11 0038 08RESTORING FORC E MODEL OF COR RODED REINFORCED CONC RETE ELEMENTSGong Jinxin Li Jinbo Zhao Guo f an(The State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China)Abstract :Methods to determine the skeleton curve and restoring model of corroded reinforced concrete elements are present ed.Based on experimental results,it is shown that the load deformation curve calculated using the linear plane assumption,with modification,may still be used as the skeleton curve of corroded reinforced conc rete elements.Good agreement between the calculated curve and the test result is obtained.Keywords :reinforced c oncrete;corrosion;restoring force model收稿日期:2004 04 01国家自然科学基金资助项目(50078009)引 言在强烈地震作用下,钢筋混凝土结构构件将经历混凝土开裂、钢筋屈服、混凝土酥碎直至构件崩溃的过程[1]。

钢筋锈蚀对混凝土梁破坏模式影响的试验研究钢筋锈蚀是混凝土结构长期使用中常见的一种破坏形式，会使混凝土梁的力学性能严重下降，进而导致梁的破坏。

为了研究钢筋锈蚀对混凝土梁破坏模式的影响，我们进行了一系列的试验研究。

首先，我们选取了不同锈蚀程度的混凝土梁进行试验。

实验对象是三跨连续混凝土梁，采用钢筋锈蚀程度分为四组：无锈蚀组、轻度锈蚀组、中度锈蚀组和重度锈蚀组。

试验中，我们通过电化学加速锈蚀方法，在不同的时间段内进行锈蚀处理，以模拟梁结构的锈蚀过程。

在试验过程中，我们采用了静载试验法对梁进行加载。

首先在未加锈蚀时进行初始加载试验，获得混凝土梁的力学性能参数，如弯曲刚度、极限承载力等。

然后，分别对不同锈蚀程度的梁进行加载试验，分析比较其破坏形态和力学性能的变化。

试验结果表明，钢筋锈蚀对混凝土梁的破坏模式有较大的影响。

在无锈蚀组中，梁在加载到一定荷载下出现裂缝，然后以较大变形为主。

而在锈蚀程度较重的组别中，梁的破坏形式呈现出明显的断裂现象。

这是由于锈蚀使得钢筋直径减小、钢筋与混凝土的粘结力下降，导致了更易产生断裂的钢筋-混凝土界面。

此外，锈蚀对混凝土梁的受力性能也有显著影响。

随着锈蚀程度的增加，梁的弯曲刚度逐渐下降，极限承载力也逐渐减小。

这是由于锈蚀使得钢筋的截面积减小，从而降低了梁的整体受力能力。

综上所述，钢筋锈蚀对混凝土梁的破坏模式有显著影响。

锈蚀程度较轻的梁在加载时主要以较大变形为主，而锈蚀程度较重的梁在加载时更容易出现明显的断裂状况。

此外，锈蚀还会导致梁的力学性能下降，如弯曲刚度减小和极限承载力降低。

因此，在混凝土结构的设计和维护中，钢筋锈蚀问题应得到足够的重视，采取相应的防护措施，以延长混凝土结构的使用寿命。

混凝土的锈胀原理一、前言混凝土是建筑工程中最为重要的材料之一，其具有高强度、耐久性好等优点，被广泛应用于各类重要建筑结构中。

然而，在使用混凝土的过程中，因为混凝土中含有的钢筋会不断受到大气中的氧气和水的侵蚀，从而产生锈迹，这就导致了混凝土中的锈胀问题。

锈胀是指混凝土中的钢筋受到锈蚀后，钢筋表面积增大，从而导致周围混凝土的受压强度降低，最终导致混凝土的结构破坏。

下面将详细介绍混凝土的锈胀原理。

二、混凝土中钢筋锈蚀的原因钢筋是混凝土中的一种重要配筋材料，其在混凝土中起着增强混凝土抗拉强度、抗弯强度等作用。

然而，钢筋在大气中会不断受到氧气和水的侵蚀，从而产生锈迹。

这主要是由于钢筋表面的氧化铁会不断向外扩散，形成锈层。

钢筋表面的锈层会增大钢筋的直径，从而导致混凝土中的配筋体积增大。

而混凝土在其内部的应力分布是不均匀的，当混凝土中的钢筋积累了足够多的锈蚀物后，就会导致钢筋周围混凝土的受压强度降低，从而使得混凝土的结构强度下降。

三、混凝土中的锈胀原理混凝土中的锈胀是由混凝土中的钢筋锈蚀引起的，这是一种非常常见的问题。

当钢筋表面积增大时，钢筋周围的混凝土受到的压力也会增大，从而导致混凝土的结构强度下降。

下面将详细介绍混凝土的锈胀原理。

（一）锈迹形成钢筋受到大气中的氧气和水的侵蚀后，表面上的铁离子会不断向外扩散，形成了一层层的氧化铁。

这些氧化铁会不断向外扩散，形成了钢筋表面的锈迹。

（二）锈层形成随着时间的推移，钢筋表面的锈迹会逐渐增大，形成了一层层的锈层。

这些锈层会不断增大钢筋的直径，从而导致混凝土中的配筋体积增大。

（三）混凝土中的应力分布不均混凝土在其内部的应力分布是不均匀的，当混凝土中的钢筋积累了足够多的锈蚀物后，就会导致钢筋周围混凝土的受压强度降低，从而使得混凝土的结构强度下降。

（四）混凝土的结构破坏当混凝土中的钢筋锈蚀严重时，钢筋周围混凝土的受压强度降低到了一定程度，就会导致混凝土的结构破坏。

这对于建筑工程来说是非常危险的，因为混凝土结构的破坏会导致建筑物的倒塌，从而对人民的生命财产造成极大的危害。

锈蚀钢筋混凝土梁的结构性能退化模型袁迎曙　贾福萍　蔡　跃(中国矿业大学)摘　要　通过对锈蚀钢筋混凝土梁的试验,研究了结构性能退化机理。

根据退化机理分析,锈蚀钢筋的力学性能退化以及锈蚀钢筋与混凝土粘结性能退化是导致钢筋混凝土锈蚀梁的结构性能退化的主要因素。

通过锈蚀钢筋力学性能及其与混凝土的粘结性能的试验研究,建立了锈蚀钢筋的应力-应变关系和锈蚀钢筋与混凝土的粘结应力-滑移关系的退化模型。

在基本力学性能研究基础上,建立锈蚀梁有限元模型,实现了锈蚀梁的有限元分析。

关键词 钢筋　锈蚀　混凝土　退化模型　有限元分析中图分类号:TU323.3;TB115 文献标识码:A 文章编号:1000-131X (2001)03-0047-06 在自然与工业环境侵蚀下,钢筋混凝土结构内钢筋发生锈蚀,造成混凝土开裂、剥落。

混凝土梁内的钢筋锈蚀以后,梁的结构性能会产生一系列的变化。

锈蚀钢筋的力学性能退化以及锈蚀钢筋与混凝土粘结性能退化将导致锈蚀钢筋混凝土梁的结构性能发生退化[1,4,5]。

本文从锈蚀钢筋混凝土梁的结构性能试验入手,并对锈蚀钢筋力学性能及其与混凝土的粘结性能进行了试验研究,建立了锈蚀钢筋的应力-应变关系和锈蚀钢筋与混凝土的粘结应力-滑移关系的力学退化模型。

根据基本力学退化模型,对锈蚀梁进行有限元分析,为现有结构可靠度评价打下基础。

1　锈蚀钢筋混凝土梁试验1.1　试验梁设计三根钢筋混凝土试验梁,分别表示为Beam -1、Beam -2和Beam -3,试验梁尺寸为b ×h ×l =120×200×1900mm 。

采用简支梁形式,跨度1.7m ,跨中施加两集中力,两集中力相距500m m 。

主筋混凝土保护层厚度为25mm ,梁具体尺寸和配筋见图1所示。

图1　试验梁Beam -1为不锈蚀梁,Beam -2、B eam -3受拉主筋分别锈蚀5%、10%。

采用恒电流法[2]对混凝土内钢筋进行锈蚀,运用电化学理论原理,确定钢筋锈蚀量与电流强度、通电时间之间的数学关系。

钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件粘结力的影响＊张国学　宋建夏(宁夏大学土木系　银川　750021)刘晓航(宁夏煤矿设计院　银川　750021) 摘　要:钢筋混凝土结构中的钢筋锈蚀发展可直接引起钢筋的体积膨胀,导致沿钢筋周围的内部压力产生并在混凝土中产生裂缝,随着钢筋表面的进一步粗糙,钢筋与混凝土间的粘结力将受到一定的影响。

通过对米兰工业大学的试验结果运用有限元方法进行模拟分析,并利用钢筋热膨胀模型成功地模拟了钢筋锈蚀对混凝土粘结力的影响,其最大荷载与试验值逼近,粘结力变化趋势亦基本一致。

关键词:钢筋混凝土　锈蚀　粘结力EFFECT OF BARS C ORR OSION ON BOND IN REINF ORCEDC ONC RETE STRUC TURESZhang Guoxue Song Jianxia(Department of Civil Engineering ,Ningxia University Yinchuan 750021)Liu Xiaohang(Ningxia Design Institute of Colliery Yinchuan 750021)Abstract :Corrosion development in reinforced concrete structures can res ult in a volume expans ion of the rustedbar w ith the surrounding concrete .T his phenomenon causes the development of internal pressures around the bar ,and concrete cracking ,and the changes of bond in the steel -concrete interaction due to the bar surface changes its roughness .This paper s imulate the related tests w hich were performed in Politecnico di M il ano by us ing FEM .The vol ume expans ion due to the development of the corrosion products is successful made equival ent to a thermal expansion of the steel elements .The final anal ytical results are close to those of the tests .Keywords :reinforced concrete corrosion bond stress＊本研究得到国家留学基金管理委员会资助。