锈蚀钢筋混凝土梁的结构性能退化模型

钢筋锈蚀下RC梁受荷裂缝宽度时变模型研究摘要：针对氯盐环境下混凝土桥梁中钢筋锈蚀引起构件刚度退化问题，结合钢筋锈蚀的时变效应，基于Monte-Carlo数值模拟方法，建立了RC梁受力裂缝宽度时变模型，并进行了正常使用极限状态下的可靠度计算。

研究表明：该模型能较好地对钢筋锈蚀影响下受荷裂缝宽度进行预测；钢筋锈蚀对受荷裂缝宽度控制下的正常使用极限状态影响显著；受荷裂缝在钢筋锈蚀初期扩展迅速，后期相对缓慢。

关键字：桥梁工程受荷裂缝时变模型钢筋锈蚀可靠度计算引言混凝土的抗拉强度低，极限拉伸应变很小，在不大的拉应力作用下就会出现裂缝[1]。

一般情况下，钢筋混凝土结构的正常开裂对极限承载力影响不大，但对结构的耐久性及其安全性影响较大，必须严格控制[2]。

首先，裂缝的存在会加速钢筋锈蚀；其次，过宽的裂缝会影响结构的美观，会引起人们心理恐慌；再次，对于要求不发生渗漏的贮液、气罐或压力管道，裂缝出现会直接影响使用功能，故此类结构必须严格控制裂缝出现。

钢筋混凝土构件开裂的影响因素众多，开裂机理复杂[2, 3]。

产生裂缝的主要原因有：混凝土水化热、干缩及塑性塌落、碱-骨料反应、外界温度变化、结构基础不均匀沉陷、钢筋锈蚀等。

钢筋锈蚀产物的体积膨胀使钢筋与混凝土界面产生锈胀力，导致保护层表观裂缝的形成以及扩展；此外，钢筋锈蚀引起钢筋截面积减少，混凝土梁的整体刚度减低，荷载作用下产生裂缝。

目前，大量的研究主要集中在钢筋锈胀裂缝，而对钢筋锈蚀影响下的荷载裂缝研究较少。

由于受到时间和空间等客观条件的限制、施工质量变异及试验误差的影响，钢筋混凝土构件钢筋锈蚀情况下的受荷开裂具有很大的不确定性[4, 5]。

为此，本文考虑钢筋锈蚀效应的影响及荷载的不确定性，采用Monte-Carlo数值模拟技术，分析钢筋锈蚀影响下受荷裂缝宽度开展的概率特征，为钢筋混凝土结构耐久性设计及检测维修决策提供依据。

1钢筋锈蚀影响下受荷裂缝开展过程钢筋混凝土梁在设计荷载作用下允许开裂，但对最大裂缝宽度必须进行限制。

钢筋混凝土及预应力混凝土构件受力性能退化模型研究的开题报告一、研究背景钢筋混凝土及预应力混凝土构件是现代建筑和桥梁工程中常见的建筑材料，但随着时间的推移，这些构件的受力性能会发生逐渐变差的现象。

这种性能的退化会对建筑物和桥梁的安全性产生严重影响，因此准确预测构件的退化情况变得尤为重要。

二、研究目的本研究旨在开发一种有效的模型，以预测钢筋混凝土及预应力混凝土构件在长期使用过程中的受力性能退化情况。

具体而言，本研究将通过复合材料理论、混凝土材料力学和结构工程学等多学科知识，建立一种多尺度模型，以考虑构件及其材料在不同尺度下的变化和退化。

三、研究内容和方法1.构件在基本载荷情况下的初始力学性能研究；2.混凝土材料结构在不同尺度下的损伤机理探究；3.考虑各种因素下的预应力混凝土构件的力学性能退化模型的建立；4.结合试验数据，验证模型的有效性和精度。

本研究将通过文献综述、现场调研、试验室实验、数值模拟等手段进行实现。

四、研究意义本研究将为建筑物和桥梁工程安全评估提供更准确的预测模型，同时为相关领域的材料科学、工程结构和设计等提供理论基础和方法。

此外，研究成果还将有助于改进钢筋混凝土及预应力混凝土构件的设计和维护方法，促进工程结构的可持续发展。

五、进度计划2021.11-2021.12：文献综述和现场调研；2022.1-2022.4：试验室实验和数据处理；2022.5-2022.7：数值模拟和模型建立；2022.8-2022.9：模型验证和分析；2022.10-2022.12：论文撰写和提交。

六、预期成果1.建立一种多尺度模型，以预测钢筋混凝土及预应力混凝土构件的受力性能退化情况；2.验证模型的有效性和精度；3.提供钢筋混凝土及预应力混凝土构件设计和维护的理论和方法；4.发表论文2篇，参加会议1次。

锈蚀钢筋混凝土梁受力性能的研究现状前言钢筋混凝土结构具有：易于浇筑成型、刚度大、工程造价低、后期维护费用少，使之成为土木工程中的一种主要的结构形式，在土木工程中得到了广泛的应用与研究[ ]。

但是长期以来“重强度轻耐久”的设计思想一直在结构设计中占据着主导地位，从而使得耐久性问题越来越突出。

作为一个综合性的问题，耐久性主要包括钢筋锈蚀、化学侵蚀、冻融损伤、碱-骨料反应等多个方面，相关研究结果表明，钢筋锈蚀被列为影响混凝土耐久性的首要因素。

锈蚀钢筋结构构件主要存在承载力降低、结构刚度的退化，从而引起混凝土结构的过早破坏，而对锈蚀钢筋混凝土结构进行维修、加固改造前必须进行有效的检测和评估。

所以，在对钢筋锈蚀的大量研究领域中，采用何种检测方法能快速、有效地获得锈蚀钢筋混凝土梁的受力性能、抗弯承载力、刚度退化、疲劳性能等指标的研究是目前急切关注的话题。

1 混凝土中钢筋锈蚀机理混凝土中钢筋锈蚀微观机理的研究是认识混凝土保护层锈胀开裂的前提，是人为通过试验获得锈蚀构件的前提，也是研究混凝土损伤评估方法的基础。

钢筋的锈蚀过程可以看成是一个电化学反应过程。

根据供氧情况不同，最终产物也不同。

钢筋表面形成的结构疏松的氧化产物层便是这些产物混合在一起堆积在阳极区的钢筋表面的结果。

研究表明，所有的铁原子氧化产物的体积与原体积相比，都有不同程度的增加，如图1.1所示[2]：2 锈蚀钢筋混凝土梁受力性能研究现状由于钢筋的锈蚀产物相比原体积而言占据着更大的体积，从而对包围在钢筋周围的混凝土产生径向膨胀力，当径向膨胀力超过混凝土的抗拉强度时，便会引起混凝土开裂。

从而导致混凝土对钢筋的约束作用的减弱，加剧钢筋与混凝土之间的粘结性能的退化，最终降低钢筋混凝土构件或结构的承载力和使用性能[3]。

从现有的研究成果来看，认为导致锈蚀钢筋混凝土梁受弯性能退化的主要原因是钢筋锈蚀引起的钢筋力学性能退化及钢筋与混凝土之间粘结性能的退化。

试验[4][5][6]研究表明，对于均匀锈蚀的钢筋混凝土梁，当钢筋锈蚀率较小时，可以认为梁的抗弯性能受影响比较小；随着锈蚀率的增大，钢筋与混凝土之间的粘结强度出现大幅度降低，导致在钢筋和混凝土之間不能有效地传递力，这样钢筋的强度得不到充分发挥，梁的受弯性能便受到影响。

钢筋锈蚀对混凝土梁结构性能的影响研究作者：李利民来源：《科技视界》2015年第11期【摘要】本文以钢筋混凝土梁为研究对象，重点分析了钢筋锈蚀对混凝土梁结构的破坏特征、钢筋-混凝土应变协调及混凝土梁刚度的影响。

【关键词】钢筋锈蚀；破坏特征；应变协调；刚度对于钢筋混凝土构件，钢筋和混凝土能共同工作的基础是二者之间具有足够的粘结强度。

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。

钢筋混凝土受弯构件是钢筋混凝土结构中重要的受力构件。

目前，对于锈蚀钢筋混凝土结构性能退化的研究多以梁构件为研究对象。

1 锈蚀对混凝土梁破坏特征的影响锈蚀梁的破坏特征与完好梁有很大的不同。

当锈蚀程度较小时，二者几乎完全相同；但随着锈蚀程度的加剧，钢筋与混凝土之间的粘结性能逐步退化，锈蚀受弯构件裂缝逐渐向跨中集中，裂缝数量减少，间距增大，分布趋于更不均匀；当锈蚀量较大时，粘结性能严重退化，钢筋混凝土协同工作能力下降，裂缝集中在跨中部位。

文献[1]通过试验研究发现，钢筋不发生锈蚀，粘结性能良好，梁跨中纯弯段出现了较密的裂缝，在剪弯区出现较为完全的斜裂缝。

最后，在纯弯区段，混凝土受压破坏，结构表现为正截面弯曲破坏；当钢筋锈蚀率较小时，在锈蚀区段裂缝的分布同完好结构相比稀疏一些。

其原因是锈蚀使钢筋与混凝土间的粘结性能发生退化，减弱了钢筋与混凝土间的应力传递，但尚能较为有效地粘结，最后的破坏形式仍为混凝土受压破坏；当钢筋锈蚀率较大时，钢筋与混凝土间的粘结性能产生较大的退化，而且钢筋的截面面积也产生了较明显的减小。

裂缝的发展情况同完好结构比较有了较明显的变化，垂直裂缝明显变得稀疏，裂缝的发展区域向跨中靠近。

文献[2]通过有限元分析发现，锈蚀梁的受力特征与钢筋锈蚀程度有很大关系： 1）锈蚀量较小时，锈蚀梁的破坏形态与未锈梁基本相同；2）随着锈蚀率逐渐增加，钢筋与混凝土之间的粘结性能逐渐退化，锈蚀梁裂缝逐渐向跨中集聚，裂缝数量减少，间距增大，分布趋于更不均匀； 3）当锈蚀量较大时，粘结性能退化严重，钢筋和混凝土共同工作能力下降，裂缝集中在跨中部位； 4）随锈蚀率的增大，破坏时梁中部截面开裂高度上升，加载点截面更为明显，说明随着钢筋与混凝土之间粘结性能的退化，梁中部中和轴明显上升。

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。

考虑多因素作用下的RC梁抗力时空退化模型阳逸鸣;彭建新;张建仁【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2017(046)009【摘要】为研究钢筋混凝土结构锈蚀后的力学性能和抗力退化规律,基于RC梁加速锈蚀试验结果,首先综合考虑均匀锈蚀和点蚀同时发生的影响,对钢筋截面面积的时变模型进行分析,其次探讨裂缝宽度与氯离子扩散系数及RC梁抗力的关系,随后考虑受拉主筋锈蚀不均衡的影响,对结构抗力计算模型进行讨论,最后基于材料性能和结构尺寸的空间变异性,建立RC梁抗力时空退化模型,并对桥梁服役100 a后的抗力进行预测.研究发现:当考虑各参数的空间变异性时,不考虑裂缝影响得到的抗力值比考虑裂缝影响得到的抗力值高了9.91%;考虑各参数空间变异性时的抗力值比不考虑时下降了14.68%;适当的选取波动系数和单元尺寸对考虑结构各参数的空间变异性十分重要;潮汐区和浪溅区环境下结构的剩余抗力分别为初始抗力的43.23%和36.45%,较海岸线大气区环境下的抗力值分别下降了6.73%和21.35%,因此在结构服役期间,应尽量做好防腐措施,减少氯离子侵蚀对结构耐久性的破坏.%To study the decline of RC structural resistance and durability caused by chloride ion erosion, based on RC beams accelerated corrosion test, firstly, the model of steel bar section area is analyzed considering the two kinds of uniform corrosion and pitting corrosion at the same time. Secondly, the relationship between the crack width and chloride diffusion coefficient and the resistance of RC beam is established. Then the structural resistance calculation model is discussed under the influence of corroded main barswith different corrosion degree in the same RC beam. Finally, considering spatial variability of material properties and structure size, the time-spatial-varying degradation model of RC beams resistance is built and the resistance of the bridge after 100 years of service is predicted. The results show that when the spatial variability of the parameters is considered, the resistance value wihtout considering the influence of the crack is 9. 91% higher than the corresponding value considering the influence of crack. Considering the spatial variability of the parameters, the resistance of RC beam is decreased by 14.68% when compared with that without consideration. The appropriate choice of the fluctuation coefficient and the unit size to consider the spatial variability of the parameters of RC structure is very important for the safety evaluation of RC beam. The residual resistance of the structure in tidal area and splash zone is 43.23% and 36.45% of the initial value, compared with the atmospheric environment of the coastline, decreased by 6.73% and 21.35%, respectively. Therefore, in the service of the structure, corrosion protection measures should be done well to reduce the damage of the structure durability of chloride ion erosion.【总页数】7页(P58-64)【作者】阳逸鸣;彭建新;张建仁【作者单位】桥梁工程安全控制省部共建教育部重点实验室(长沙理工大学),长沙410114;桥梁工程安全控制省部共建教育部重点实验室(长沙理工大学),长沙410114;桥梁工程安全控制省部共建教育部重点实验室(长沙理工大学),长沙410114【正文语种】中文【中图分类】TU375【相关文献】1.基于数论方法的锈蚀梁抗力退化模型分析 [J], 孙文;彭建新2.考虑荷载作用下抗力时变特性的沿海钢筋混凝土结构可靠度分析 [J], 崔衍强;王元战;王军3.考虑墩-水耦合作用的中等跨径RC梁式桥震损分析 [J], 李臣勋;孟庆利4.大气腐蚀环境下钢构件抗力退化模型 [J], 罗立胜;陈志华;赵小龙;张杨5.起波配筋RC梁抗爆作用机理及抗力动力系数的理论计算方法 [J], 樊源;陈力;任辉启;冯鹏;方秦因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

钢筋混凝土结构中锈蚀钢筋性能退化规律研究的开题报告一、研究背景和意义钢筋混凝土结构是现代建筑中常见的一种结构形式，其主要优点为抗震性能好、承载能力强、施工方便等。

然而，由于环境因素和使用时间等因素的影响，钢筋混凝土结构中的钢筋很容易被锈蚀，锈蚀钢筋引起的混凝土结构性能退化是造成钢筋混凝土结构失效的主要原因之一。

因此，针对钢筋混凝土结构中锈蚀钢筋引起的性能退化规律进行深入研究，对发挥钢筋混凝土结构的优势、延长其使用寿命具有非常重要的意义。

二、研究内容和目标本课题拟从以下几个方面进行研究：1. 锈蚀钢筋的影响因素分析：通过对钢筋混凝土结构中锈蚀钢筋的环境因素、钢筋表面状况等因素进行分析，确定锈蚀钢筋的主要影响因素。

2. 锈蚀钢筋的性能测试：通过对锈蚀钢筋的拉伸强度、硬度等方面的测试，探究锈蚀钢筋的性能退化规律。

3. 锈蚀钢筋对混凝土结构性能的影响：通过对锈蚀钢筋混凝土结构进行拟合模拟分析，研究锈蚀钢筋引起的混凝土结构性能降低的情况。

本课题的研究目标是：1. 分析锈蚀钢筋的主要影响因素及其对性能的影响规律。

2. 探究锈蚀钢筋的性能退化情况、对混凝土结构性能的影响。

3. 建立锈蚀钢筋引起的混凝土结构性能降低的数学模型。

三、研究方法和技术路线本课题的研究方法主要包括理论分析、实验测试与数值模拟。

具体技术路线如下：1. 针对锈蚀钢筋的环境因素、钢筋表面状况等因素进行理论分析。

2. 通过拉伸强度试验、硬度试验等手段，测试锈蚀钢筋的性能。

3. 建立锈蚀钢筋引起混凝土结构性能降低的数学模型，并进行数值模拟分析。

四、预期结果与意义本课题的预期结果是：1. 确定钢筋混凝土结构中锈蚀钢筋的主要影响因素，揭示锈蚀钢筋引起的混凝土结构性能退化规律。

2. 深入探究锈蚀钢筋的性能退化情况，为混凝土结构的防腐保护提供理论依据。

3. 建立锈蚀钢筋引起的混凝土结构性能降低的数学模型，为实际工程设计提供参考。

本课题的意义是：1. 进一步认识钢筋混凝土结构中锈蚀钢筋所引发的问题，提高其环境适应性和使用寿命。

第35卷第2期2019年4月Vol.35,No.2Ape.2019结构工程师Stmctum-Engineers大气腐蚀环境下钢构件抗力退化模型罗立胜1>2>*陈志华1赵小龙2张杨2(1.天津大学土木工程系，天津300072；2.海南大学土木工程系，海口570228)摘要处于腐蚀环境中的钢构件，不可避免地存在由于腐蚀引起的抗力退化,但目前缺乏相关研究，故研究腐蚀引起的钢构件抗力退化具有重要的价值。

首先选择合适的抗力退化模型，然后总结分析了影响腐蚀钢构件抗力的因素，据此建立了钢材腐蚀深度计算公式,进而推导建立了常用截面带腐蚀参数几何特性计算公式,并结合已有研究得到的腐蚀钢材力学性能参数,建立了腐蚀钢构件抗力退化模型$关键词腐蚀环境，腐蚀等级，腐蚀深度，退化模型Deterioration Model for Resistance of Steel Memberin Atmospherie EnvironmentLUOLisheng1，2，*CHEN Zhihua1ZHAO Xiaolong2ZHANG Yang2(1-Departwent of Civil Engineering,Tianjin University,Tianjin300072,China；2.Departwent of Civil Engineering,Hainan University,Haikou570228,China)Abstract Owing ta W c corrosion of atwosphero,resistance of steel member detemoratc inevitably.However, eeeeeanisiudswasonsu o ocoeni,soeeseaech on deieeooeaioon modeeooeeesosianceoosieeemembeehaeegeeai sognooocance.Foesies,iheappeopeoaiemodeeongmeihod iodesceobeiheeesosiancedeieeooeaiewoih iomewas chosen,ihen iheonoeuencongoacioesooeeesosianceooco e oded sieeemembeeweeesummaeozed and anaeszed.The ooemueaooeco e osoon depih oosieeemembeewasesiabeoshed.And ooemueawoih co e osoon paeameieesooe geomeieocchaeacieeosiocsoocommon weeeaesodeeoeed.Fueiheemoee,on ihebasosoomechanocaepeopeeis paeameieesooco e osoeesieeewhoch waspeoposed bspeeeoouseeseaech,ihedeieeooeaioon modeeooeeesosianceoo sieeemembeeon aimospheeoceneoeonmeniwasbuoei.Keywords corrosive environment,corrosion grade,corrosion depth,detesoration model0引言随着我国改革开放的持续推进和经济的稳定增长，特别是材料科学、计算与设计方法、制作与安装技术和施工技术的发展，钢结构在我国的应用越来越广。

钢筋锈蚀对混凝土梁的作用卢媛媛（扬州大学，江苏扬州 225009）摘要：本文从钢筋锈蚀原因、锈蚀损伤分析和承载力等方面论述了钢筋锈蚀对混凝土梁的影响，阐述了目前对于锈蚀钢筋混凝土构件尤其是混凝土梁的主要研究成果，提出了今后的研究发展方向。

关键词：钢筋混凝土梁钢筋锈蚀承载力损伤分析一、引言建筑结构中钢筋混凝土构件，由于其具有良好的力学性能而被广泛使用。

然而，由于材料老化、不良使用条件(工业环境、海洋环境等)、环境污染(酸雨频繁、CO2浓度增高等)、使用方法不当(高速公路和桥梁桥面撒盐除冰等)等因素的影响，造成钢筋锈蚀问题已成为混凝土结构中的普遍现象，从而降低了结构的使用性和耐久性,甚至导致结构失效(如柏林议会大厅的倒塌)。

因此，钢筋混凝土结构的腐蚀问题,其中最主要的是钢筋锈蚀问题己成为世界性的严重问题。

文献[1]中提到日本约有21.4%的钢筋混凝土结构损坏是由钢筋锈蚀引起的；美国的腐蚀问题中与钢筋锈蚀有关的高达40%；英国建造在海洋及有氯化物介质中的混凝土结构，因钢筋锈蚀而需修复的达36%；阿拉伯海湾地区因其气候多变等原因，致使很多混凝土结构在10～15年间即达到惊人的腐蚀程度。

中国混凝土网 [2005-4-30]也报道，美国每年因混凝土耐久性问题，损失数百亿美元，每四个因耐久性破坏的建筑中就发生一例钢筋锈蚀破坏；中国每年因混凝土内部钢筋锈蚀导致结构破坏也损失数十亿人民币。

因此，关于钢筋锈蚀的问题，已经引起了世界上的普遍关注。

钢筋混凝土中钢筋的锈蚀使混凝土构件力学性能退化，从而降低结构的可靠度。

因此,对混凝土中锈蚀钢筋的研究，为进一步研究锈蚀钢筋混凝土构件性能退化及可靠度评价具有重要的意义。

二、钢筋锈蚀损伤产生的原因建筑中常用的钢材为碳素结构钢和结构低合金钢，其化学组成除 Fe 外，还含有少量其他金属 (Mn、V、Ti) 和非金属 (Si、C、S、P、O、N ) 元素并形成固熔体、化合物或机械混合物的形态共存于钢材结构中；此外还有许多晶界面和缺陷。