反复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土柱力学性能研究
钢筋锈蚀与混凝土粘结性能试验研究
４ 造价分 析
新疆 地区一般 钢结 构 节 能住 宅 、 钢龙 骨蒙 皮式 及节 轻
能 ６ ％ 的传统的砖混结构 的主体工 程造价都 在每平方米人 ５ 民币 １０ 人 民币 以上 】 ２ ０元 。根 据钢 结构 住 宅优 化设 计成 果 ， ４对建造成本进行 了概算 。 表 从造 价分析 中可知 ， 在新 疆 地 区优 化设计 后 的钢 结构 住宅 主体 工程 造价在达到节 能 ７ ％ 的情况下 （ ０ 含施 工、 钢构
干进行试验 。 ２ 试验加载
著 ；ｉｐｏ 研究 了反复荷 载作用循 环荷 载作用 次数对 粘 Ｆｌ ｐ ｕ ｉ 结力退化 的影 响 ， 明循环次 数对 粘结力退 化影 响显著 ； 表 Ａ ａｉ ａ ｌ —Ｆ ｒ ｖ ｄ对反复荷载作用 下钢筋 与高强 混凝土 的粘结力 进行 了研 究 ， 试验结果 表明荷 载位 移 幅值越大 ， 粘结力损 其 失越大 ， 回曲线能够 反映加 载速 率 的影响 ， 向约束 能够 滞 侧 显著提高 构件的承载能力 Ｊ 。
７％ ～ ０ ０ ８ ％时 ， 由第 一个 循 环 加载 引 起 的粘结 力退 化 不显
方 体 试 件 ， 准 养 护 ２ ｄ后 ， 测 其 平 均 抗 压 强 度 为 标 ８ 实
３ ． ＭＰ 。 １５ ． ａ
（ ） 钢筋 加速 锈蚀 方法。采用 电化 学 加速 锈蚀 对 混 ２ 凝 土 中钢 筋 进行 锈蚀 试 验 ， 筋 理论 锈蚀 率 为 Ｏ ，％ ， 钢 ％ ５ １ ％ ，５ ， ０ １ ％ 电流密度 为 ０ ０ １ ｆ ｍ２ 采用 法 拉第 定 律计 算 ．０ Ａ ｃ ， 钢筋的通 电时间 ， 了保证试 验 中钢 筋 的锈蚀率 ， 为 将钢筋 无 粘结部分 和箍 筋均 匀涂刷环氧树 脂 ， 防止 其发 生锈蚀 ， 将试 件浸泡于 ５ 的氯化 钠溶液 中 ３ ， ％ ｄ 然后 进行 通 电试 验 ， 如图 ２所示 ， 当钢筋 通电时 间达到 预定 时间后 ， 将试 件 取 出并 晾
钢梁—SRC柱节点受力性能分析
钢梁—SRC柱节点受力性能分析型钢混凝土结构作为一种新的结构体系，越来越广泛地应用到高层建筑中。
节点是结构受力的关键部位，因此对节点的受力性能分析非常必要。
本文建立了钢梁—SRC柱节点模型，利用非线性有限元方法在低周反复荷载作用下对节点进行计算和对比分析，从加劲板、混凝土强度、轴压比、柱型钢腹板厚度方面分析了节点的受力性能。
标签节点；有限元分析、受力性能1 引言型钢混凝土（SRC）结构是把型钢（S）置入钢筋混凝土（RC）中，使型钢、钢筋（纵筋和箍筋）、混凝土三种材料元件协同工作以抵抗各种外部作用效应的一种结构[1]。
型钢混凝土结构是钢—混凝土组合结构体系的一种，具有承载能力高、刚度大、抗震性能好等优点。
随着型钢混凝土结构越来越多地应用于高层建筑中，工程研究人员将更加广泛和深入地对新型钢-混凝土组合结构受力性能进行研究。
框架梁柱节点是结构受力的关键部位，设计时应确保传力明确、安全可靠[2]。
因此有必要研究并弄清楚节点的受力性能、破坏机理，使节点构造合理是非常重要的。
对于SRC结构节点形式主要有：（1）SRC梁—SRC柱节点；（2）钢梁—SRC柱节点；（3）RC梁—SRC柱节点[3]。
本文针对钢梁—SRC柱节点，利用有限元软件ANSYS进行建模和计算，从加劲板、混凝土强度、轴压比、柱型钢腹板厚度方面分析了节点的受力性能。
2 SRC节点构件的设计在本文中，建立了一系列钢梁－SRC柱节点模型，节点核心区型钢采用柱贯通方式，钢梁与柱翼缘相连接，柱和梁均采用工字型钢，纵筋配4根16钢筋，箍筋配8@100。
考虑了有加劲板、无加劲板、不同轴压比、不同混凝土强度、不同柱型钢腹板厚度等因素，在柱端施加低周反复荷载。
3 有限元计算结果及分析3.1 加劲板对节点性能的影响本文对有加劲板节点和无加劲板节点进行了比较，在柱端施加相同的轴力和水平位移荷载条件下，其水平方向的应力云图和主应变云图，分别如下图1、图2、图3及图4所示。
宿迁市人民政府关于表彰宿迁市第六届自然科学优秀学术论文奖的决定
宿迁市人民政府关于表彰宿迁市第六届自然科学优秀学术论文奖的决定【法规类别】科学研究与科技项目【发文字号】宿政发[2014]97号【发布部门】宿迁市政府【发布日期】2014.07.03【实施日期】2014.07.03【时效性】现行有效【效力级别】XP10宿迁市人民政府关于表彰宿迁市第六届自然科学优秀学术论文奖的决定（宿政发〔2014〕97号）各县、区人民政府，市各开发区、新区、园区、景区管委会，市各委、办、局，市各直属单位：为进一步激发广大科技工作者的积极性和创造性，推动学术交流，促进科技创新，根据《市政府办公室关于印发宿迁市自然科学优秀学术论文评奖暂行办法的通知》（宿政办发〔2003〕116号）要求，我市对2012年以来全市广大科技工作者在生产、科研等领域撰写的学术论文进行了征集与评选。
经评审，决定对“纳米摩擦中极性有机分子超薄膜的结构、对称性及能量机理”等100篇优秀学术论文授予宿迁市第六届自然科学优秀学术论文奖，其中一等奖10篇，二等奖30篇，三等奖60篇。
这批优秀学术论文是我市广大科技工作者在经济建设与科研实践中的研究成果，对我市经济社会发展起到了积极的推动作用。
希望获奖同志发扬成绩，再接再厉，在科研领域不断探索，再创佳绩，为提高我市科技进步水平、促进经济社会又好又快发展做出新的更大的贡献。
附件：宿迁市第六届自然科学优秀学术论文获奖名单宿迁市人民政府2014年7月3日附件宿迁市第六届自然科学优秀学术论文获奖名单一等奖（10篇）1．题目：纳米摩擦中极性有机分子超薄膜的结构、对称性及能量机理完成人：张兆慧李海鹏韩奎单位：宿迁学院中国矿业大学2．题目：硅纳米线表面Si/SiO2的缺陷研究完成人：崔磊夏炜炜王帆单位：宿迁学院扬州大学3．题目：洋河大曲中抗胁迫酵母菌的筛选及生物特性初探完成人：周新虎陈翔张龙云单位：江苏洋河酒厂股份有限公司（苏酒集团）4．题目：宿迁市水稻纹枯病连年重发原因分析及综合治理对策完成人：程玲娟单位：宿豫区农业技术推广中心5．题目：泗阳地区南方型杨树适宜采伐期的确定完成人：李宝华程龙飞王玉娟单位：宿城区林业中心宿迁市林业技术指导站6．题目：Saprolegnia australis R. F. Elliott 1968 infection in Prussian carp Carassius gibelio （Bloch， 1782） eggs and its control with herb extracts（鲫鱼卵水霉病及其中草药控制）完成人：曹海鹏欧仁建李国祥单位：泗洪县水产局7．题目：扩大胰十二指肠切除术中联合肝动脉肝固有动脉与髂内静脉重建应用的可行性研究完成人：管小青陈焰顾书成单位：南京鼓楼医院集团宿迁市人民医院8．题目：Perioperative anaesthetic management of penetrating neck injury associated with Rh blood type in a young adult（颈部贯通伤合并Rh阴性血型成年患者的围术期麻醉管理和文献综述）完成人：汪涛周业庭石教辉单位：沭阳县人民医院9．题目：干预CD137-CD137L轴对ApoE-/-小鼠NFATc1表达的影响完成人：杨海兵严金川苏红玲单位：泗洪县分金亭医院10．题目：二进制序列非周期相关函数的新下界完成人：周克元黎宏伟单位：宿迁学院二等奖（30篇）1．题目：反复荷载下锈蚀钢筋混凝土柱力学性能的试验研究完成人：蒋连接袁迎曙单位：宿迁学院2．题目：污水处理技术问答（专著）完成人：蒋克彬彭松高方述单位：宿迁市清源环境科学研究有限公司3．题目：有机分子超薄膜的结构对摩擦的影响完成人：张兆慧韩奎曹娟单位：宿迁学院中国矿业大学4．题目：汽车扭杆弹簧模拟装车试验新型检测设备完成人：邱绍虎陈爱武单位：江苏省宿迁市方圆机械有限公司5．题目：一种带完整性验证的数据聚集隐私保护算法完成人：石鲁生秦小麟单位：宿迁学院6．题目：γ-AlOOH nanorods synthesized via the hydrothermal method and their optical absorption properties（γ-AlOOH纳米棒的水热法合成及其光吸收特性）完成人：傅小明单位：宿迁学院7．题目：招标投标全程电子化技术集成及应用完成人：孙登怀刘宝春张本松单位：宿迁市公共资源交易中心8．题目：水蛭养殖池塘生物组成与生长条件的研究完成人：丁辰龙蔺玉华王信海单位：宿迁市农科院9．题目：新型菇菜连棚共生模式对环境因子影响的研究完成人：张黎杰姜若勇王夏雯单位：江苏省农业科学院宿迁农科所10．题目：超声波法对肠衣中氯霉素的降解研究完成人：曹天亚单位：宿迁市宿豫区农产品质量检验检测中心11．题目：水杨酸处理对金钱草光合特性研究完成人：王晓立韩浩章张颖单位：宿迁学院12．题目：基于飞信技术开发的天气检测预警平台完成人：沈伟吴杰王文清单位：宿迁市气象局13．题目：宿迁市酸雨发生规律的分析与研究完成人：姚海涛王清富单丽琴单位：宿迁市气象局泗洪县气象局14．题目：神经外科113例下呼吸道感染调查分析与护理干预完。
ECC加固锈蚀钢筋混凝土柱抗震性能研究
ECC加固锈蚀钢筋混凝土柱抗震性能研究ECC加固锈蚀钢筋混凝土柱抗震性能研究一、引言钢筋混凝土结构在地震作用下承受较大的力和位移，钢筋混凝土柱作为结构体系的主要承载构件，其抗震性能的安全与可靠对于整个建筑结构具有重要意义。
然而，由于时间和环境等因素的影响，钢筋混凝土结构中的钢筋可能会发生锈蚀，影响其力学性能和耐久性。
为了提高钢筋混凝土柱的抗震性能和延长其使用寿命，针对锈蚀现象，我们可以采用ECC材料进行加固。
本文将对ECC加固锈蚀钢筋混凝土柱的抗震性能进行研究。
二、ECC材料介绍ECC，即工程增强混凝土（Engineered Cementitious Composites），是一种具有高韧性和自愈合能力的新型混凝土材料。
ECC材料具有较高的应变能力和自主修复能力，能够在发生微裂缝时通过自愈合现象来恢复其力学性能。
ECC材料由水泥、沙、骨料和纤维等组成，纤维主要用于提高材料的韧性和抗裂性能。
三、ECC加固钢筋混凝土柱的研究方法本研究选取一种常见的锈蚀钢筋混凝土柱作为实验样本，将其进行ECC材料加固。
首先，对柱体进行锈蚀程度评估，并采取适当的措施清理柱体表面锈蚀物。
然后，制备ECC材料，并将其涂覆到锈蚀钢筋表面，形成一层保护层。
接下来，对加固前后的柱体进行抗震性能的试验研究，包括静力加载试验和地震模拟试验。
通过对比原始钢筋混凝土柱和ECC加固柱的性能差异，评估ECC加固对钢筋混凝土柱抗震性能的影响。
四、实验结果及分析经过试验研究，我们得到了以下结果：1. ECC加固后的钢筋混凝土柱在静力加载试验中表现出较大的承载能力和韧性。
相比之下，原始钢筋混凝土柱在达到设计强度时出现明显的破坏，而ECC加固柱的破坏过程相对缓慢，有明显的塑性变形。
2. 在地震模拟试验中，ECC加固柱相对于原始柱具有更好的抗震性能。
ECC材料的高应变能力和自愈合能力使得加固柱能够在地震作用下吸收更多的能量，减小结构的位移和变形。
3. 通过对ECC加固柱的断面观察，发现ECC材料能够填充钢筋之间的裂缝，并在应力集中区域形成更加均匀的应力分布，从而提高柱体的抗震性能。
轴向反复荷载作用下圆钢管混凝土柱的受力性能研究
为负。
１ ３ 有限元模拟验证
采用 ＡＢＡＱＵＳ 有限元软件，对文献［１１］ 中圆钢
管混凝土单向轴压构件 Ａ － １ 进行有限元模拟，试
图 ２ Ａ － １ 的荷载 － 位移曲线
件参数见表 １，表中，Ｄ 为钢管外截面直径，Ｌ 为构件
（ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｘｉ’ ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｘｉ’ ａｎ ７１００５５， Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ⁃ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ ｃｏｌｕｍｎ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
２ 轴向往复荷载作用下构件的受力分析
极限强度。 将有限元计算结果与试验结果进行比较
析，分别提取钢管和混凝土在加载位移分别为 １２，
长度，ｔ 为钢管厚度，ｆ ｙ 、 ｆ ｕ 分别为钢管的屈服强度和
３６
对试件 Ａ － １ 的滞回性能、刚度退化等进行分
钢结构 ２０１７ 年第 ５ 期第 ３２ 卷总第 ２２１ 期
径，取消竖向传力构件，采用交叉分布的斜柱传递轴
的滞回性能，并以材料强度等级、径厚比（ Ｄ ／ ｔ） 为控
力来抵抗结构的竖向荷载和水平荷载。 这种结构体
制参数，分析不同因素对柱轴向往复荷载下滞回性
系能提供较大的侧向刚度，可减轻结构自重，节省材
能的影响。
料，具有较好的经济效益和广阔的应用前景
［１］
。 在
ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｄｉａｍｅｔｅｒ⁃ｔｈｉｃｋ ｒａｔｉｏ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｗａｓ ａｌｓｏ
锈蚀钢筋混凝土梁的结构性能退化
3、锈蚀钢筋混凝土梁的结构性 能退化的控制措施
为防止和减缓锈蚀钢筋混凝土梁的结构性能退化，可以采取以下措施：
（1）外部保护：对结构表面进行防护处理，如涂刷防锈漆、采用耐腐蚀的 饰面材料等。
（2）替代材料：采用耐腐蚀性能更好的新型材料，替代传统的钢筋混凝土 材料。例如，不锈钢钢筋混凝土结构的研究和应用可以减少锈蚀对结构性能的影 响。
（3）裂纹扩展：锈蚀过程中产生的铁锈具有较大的体积，易导致混凝土开 裂。这些裂纹会加速结构的退化进程。
锈蚀对结构安全的威胁主要体现在以下几个方面： （1）降低结构可靠性：锈蚀会导致结构性能下降，影响结构的可靠性。
（2）增加结构变形：锈蚀会降低结构的刚度，导致结构发生较大变形。
（3）引发结构倒塌：如果锈蚀严重，且未得到及时修复，可能会导致结构 倒塌。
3、耐久性降低：锈蚀使得钢筋混凝土梁的耐久性显著降低。在腐蚀性环境 下，结构的恶化速度会加快，导致其使用寿命大大缩短。
三、锈蚀对结构性能的影响机制
锈蚀对钢筋混凝土梁的结构性能影响机制主要有以下几个方面：
1、破坏保护层：锈蚀会导致钢筋表面的保护层（如混凝土或油漆层）破裂 或脱落，使得钢筋暴露在腐蚀环境中，加速了锈蚀过程。
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锈蚀钢筋混凝土梁结构性能退化
目录
01 一、钢筋混凝土梁的 锈蚀现象
02
二、结构性能退化的 表现
03
三、锈蚀对结构性能 的影响机制
04 四、应对锈蚀的措施
05 参考内容
锈蚀钢筋混凝土梁是土木工程中一个重要的研究领域。这种结构在自然环境 和人类活动的影响下，会逐渐产生物理和化学变化，导致其结构性能的退化。本 次演示将重点探讨锈蚀钢筋混凝土梁的结构性能退化问题。
（2）考虑裂纹扩展的影响。通过观察实际工程中的锈蚀损伤情况，发现裂 纹扩展与锈蚀量之间存在一定的关系。因此，在模型中应考虑裂纹扩展的影响。
锈蚀箍筋约束混凝土柱低周反复荷载试验研究
文献 ［ ４ — ８ ］ 对纵筋锈蚀后压弯构件抗震性能进
行 了全 面研究 ， 虽 然在 试 件 破 形 后 发 现箍 筋 锈 蚀 严 重， 但未 对箍 筋锈蚀 的影 响进 行进 一步 分析 研究 ， 所 建 立 的恢 复 力 模 型 也 未 考 虑箍 筋 锈 蚀 的影 响 。 目 前， 国内外对 箍筋 锈 蚀 压 弯构 件 抗 震 性 能研 究 几 乎 空 白。本 文 拟通过 ３根 箍筋锈 蚀 约束钢 筋混 凝 土柱 和 未锈蚀 钢 筋混凝 土柱 低 周 往 复 加 载试 验 ， 深 入 分 析 箍筋锈 蚀 对钢 筋混凝 土柱 破坏 过程 和破 坏形 态 的
０ 引 言
文献［ １ ． ２ ］ 研究表 明， 由 于箍 筋 保 护 层 厚 度 较 小， 当混凝 土 碳 化 至 箍 筋 表 面 时 ， 箍 筋 首 先 发 生 锈 蚀， 且 锈蚀 程度较 纵 筋严重 ； 作 为箍筋 的小直径 光 圆 钢 筋受 锈蚀 影 响的敏 感性 更 强 ， 当锈蚀 率 超 过 １ ０ ％
四川建筑科学研究
１ ２
Ｓ ｉ ｃ ｈｕ ａ ｎ Ｂｕ ｉ ｌ ｄｉ ｎ ｇ Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ
第３ ９卷
第 ６期
２ ０ １ ３ 年 １ ２月
锈蚀箍 筋约束混凝土柱低周反复荷载试验研 究
陈茗 宇， 牛荻涛 ， 李 强
（ 西安建筑科技大学土木工程学 院， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ５ ５ ）
以后 ， 其 应 力一 应 变 关 系 曲线 屈 服 平 台 已 基 本 消
１ 试 验 准 备
１ ． １ 试件 设计 与制 作
本试 验 共 制作 钢 筋 混凝 土 柱 ４个 ， 编号 分 别 为 Ｒ Ｃ 一 １ 、 Ｒ Ｃ ． ２、 Ｒ Ｃ ． ３ 、 Ｒ Ｃ － ４ ， 其中 Ｒ Ｃ ． １ 为 未锈蚀 对 比试 件； 箍筋 间距 、 直径分别 为 ７ ０ ｍｍ、 ８ ｍ ｍ， 保 护 层 厚 度为 １ ５ ｍ ｍ。试件 尺 寸 及 钢筋 配 置 如 图 １所 示 ， 采
往复荷载下钢筋混凝土柱受力性能的数值模拟
0
量，均按文献[5]计算。
σ
变； s、s1、s2 为控制参数，按文献[4]计算。其中，
I e 0 = 0.08
Emin
σ c 0 = σ c 0 (1 + 2.4 I e 0 0 1.2 ε c 0 = ε c 0 (1 + 35 I e 0 )
Key words: fiber model; cyclic load; concrete column; hysteretic relation; numerical analysis
钢筋混凝土柱作为混凝土框架结构及桥梁结 构的主要承重构件，在地震作用下受到反复水平地 震力作用，并表现为显著的弹塑性受力特性 。准 确预测地震作用下钢筋混凝土柱的受力性能及其 震后残余变形，对评估结构的震害程度和安全性具 有重要意义。由于材料和结构受力的复杂性，目前 对于反复荷载下钢筋混凝土柱的受力性能和残余 变形的数值模拟还存在欠缺，主要表现在混凝土和 钢筋的滞回本构关系不能全面准确的反映其复杂 的受力行为。 对于长细比较大的杆系结构（例如框架梁柱或 桥柱） ， 可以采用基于杆系结构力学方法 和一维材 料本构的纤维模型进行数值模拟。所谓纤维模型，
0 0
0.7
)
(2)
σf
ft
Emin
式中，σ c 0 、ε c 0 分别为无约束混凝土 （素混凝土） 受压峰值应力和峰值应变； I e 0 为混凝土受压应变 等于峰值应变 ε c 0 时的有效约束指标，是一个与纵
ε c0 ε z ε unε re ε z − ε tz
图 2 混凝土应力-应变曲线 Fig.2 Stress-strain curve of concrete
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反复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土柱力学性能研究苏佶智;邢国华;马煜东;刘伯权【摘要】采用有限元软件ABAQUS,以锈蚀率(0％、5％、10％、15％和20％)为变量,对5根钢筋混凝土柱的力学性能进行了数值模拟,研究各试件的滞回性能、骨架曲线、延性及耗能能力,分析钢筋锈蚀率对承载力、延性、耗能和塑性铰转动能力的影响.研究结果表明:模拟分析得到的锈蚀钢筋混凝土柱的强度和变形与试验结果吻合较好,建立的有限元模型可用于锈蚀钢筋混凝土柱的力学性能分析;混凝土开裂前,锈蚀构件的力学性能基本与未锈蚀构件相同,混凝土开裂后,构件的承载力、屈服荷载、极限位移、延性等均随钢筋锈蚀率的增大而降低;轻度锈蚀构件的滞回性能和破坏形式与未锈蚀构件类似,随着钢筋锈蚀率逐渐增大,滞回环的饱满程度降低,“捏拢”现象严重,滞回曲线由“弓形”逐渐发展成“反S形”,耗能能力降低,破坏形式趋于脆性破坏,位移延性系数、平均耗能系数等指标逐渐下降.【期刊名称】《震灾防御技术》【年(卷),期】2018(013)003【总页数】12页(P512-523)【关键词】锈蚀;钢筋混凝土柱;力学性能;数值模拟【作者】苏佶智;邢国华;马煜东;刘伯权【作者单位】长安大学,建筑工程学院,西安710061;长安大学,建筑工程学院,西安710061;长安大学,建筑工程学院,西安710061;长安大学,建筑工程学院,西安710061【正文语种】中文钢筋混凝土结构在设计使用年限内受到自然环境、使用环境及自身裂化发展的影响，必然会出现不同程度的耐久性损伤。
损伤逐步累积，最终导致结构耐久性降低、承载力下降、力学性能退化。
在诸多影响结构耐久性的因素中，钢筋锈蚀最为重要（Mehta，1991），主要体现在以下2个方面：①锈蚀使钢筋的有效截面面积和力学性能受到损失，使其与混凝土之间的胶结能力和咬合作用减弱，导致混凝土结构承载能力降低；②钢筋受锈蚀的影响，体积膨胀，导致混凝土在钢筋长度方向发生胀裂，使结构的刚度降低。
锈蚀会对混凝土结构的正常使用造成不可逆转的损害，大量的混凝土结构因锈蚀严重而被迫停止使用，这对社会经济的发展及社会活动的正常运行造成了极大的损失（张誉等，2003）。
已有的研究成果大部分只考虑了一般静力荷载的作用，对在地震作用下材料劣化结构的研究相对较少，这使得处于地震多发区的在役钢筋混凝土结构存在严重的安全隐患。
近年来，抗震工程在巨大的地震灾难推动下不断发展（曲哲等，2009），锈蚀钢筋混凝土构件逐渐受到重视，越来越多的学者对其在地震作用下的力学性能进行了研究，并取得了一定的成果。
Berto等（2009）通过研究发现，锈蚀会对钢筋混凝土构件的承载能力和延性造成影响，锈蚀率越大，构件的承载能力和延性越低，当锈蚀达到一定程度时，结构的破坏状态会从塑性破坏转变为脆性破坏；蒋连接等（2011a，2011b）对钢筋混凝土压弯构件的力学性能进行了反复荷载试验，通过人工改变气候环境的方法，加快了钢筋的锈蚀速率，研究了钢筋锈蚀与混凝土构件刚度退化之间的关系，并以恢复力模型为基础，推导了其中用于计算与钢筋锈蚀率相关的特征参数的公式，建立了在压弯情况下适用于锈蚀钢筋混凝土构件的退化双折线恢复力模型；马颖等（2011）以轴压比和锈蚀率为变量，采用低周反复加载的方式对钢筋混凝土圆柱进行了抗震性能试验，通过研究得到了钢筋锈蚀率、轴压比与屈服荷载及极限荷载间的关系；程玲等（2012）采用Pushover方法对锈蚀钢筋混凝土构件在地震作用下的力学性能和变形性能进行了分析研究，结果表明，锈蚀率会对构件的变形造成一定的影响，锈蚀率越大，变形越大，且变形速率随地震强度的增大而加快；Yalciner等（2012）采用数值分析的方法，评估了锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性；李悦等（2013）利用有限元软件ABAQUS，在考虑不均匀锈蚀的情况下对钢筋混凝土构件进行了模拟，研究了钢筋锈蚀对混凝土内应力发展的影响，并对混凝土主拉应力的分布规律进行了总结；刘婕等（2016）通过改变锈蚀位置和锈蚀率，对一座混凝土连续梁桥桥墩进行了数值模拟分析，结果表明，桥墩的抗弯承载力会随钢筋锈蚀程度的增加而降低，墩底钢筋的局部锈蚀会加剧桥墩的塑性发展，改变桥墩的塑性区位置，而桥墩中部及以上的钢筋的局部锈蚀只有在达到一定程度时才会使塑性区的分布发生改变。
工程界的研究人员对锈蚀钢筋混凝土构件力学性能的研究多是通过模型试验和理论分析的形式，有限元分析则不多。
利用有限元方法模拟锈蚀钢筋混凝土构件的力学性能是试验研究的有效补充，通过有限元模型不仅可以获取试验中难以获得的一些参数，还可以避免试验结果的离散性给后期分析带来的困难（阎红霞等，2010）。
在2008年汶川地震中，重灾区钢筋混凝土框架结构的梁柱构件破坏较为普遍，大多数RC框架结构的柱端破坏严重，而梁端基本保持完好，这种“强梁弱柱”的破坏机制在很大程度上影响了结构的整体抗震性能（李小军等，2008；闫培雷等，2010）。
为此，本文以史庆轩等（2000）的锈蚀钢筋混凝土柱为对象，采用非线性有限元软件ABAQUS，系统地研究了钢筋锈蚀率对钢筋混凝土柱承载力、延性、耗能能力及塑性铰转动能力等力学性能指标的影响，以期为锈蚀钢筋混凝土柱的抗震性能评估及基于性能的钢筋混凝土结构全寿命的抗震设计方法提供参考依据。
钢筋混凝土结构在受力状态下的应力-应变关系呈现明显的非线性特征，因此，正确的材料本构关系对结构或构件的力学性能分析结果至关重要。
本文通过大量试算，给出了所选用的本构模型及相关参数建议值。
混凝土材料采用ABAQUS有限元软件自带的混凝土损伤塑性模型（CDP模型），该模型将混凝土的非线性行为以各向同性弹性损伤和受拉、受压塑性来模拟，同时考虑了拉压塑性应变导致的弹性刚度退化及反复加卸载过程的刚度恢复，适合模拟混凝土在循环荷载作用下的受力情况。
CDP模型中没有混凝土应力-应变关系的具体表达式，需要研究者以输入σc-εinc（σt-εint）正值的形式来定义混凝土单轴受压（受拉）本构模型。
经笔者多次试算，发现丁发兴-余志武损伤本构模型（丁发兴等，2008）计算收敛性较好，故选用该本构模型定义混凝土材料。
此外，CDP模型中的塑性参数还包括膨胀角Y、流动势偏心率j、双轴抗压强度与单轴抗压强度之比fb0/fc0、第二应力不变的拉伸子午线与压缩子午线之比Kc、粘性系数m、模拟微裂缝张开-闭合行为的刚度恢复系数wt和wc。
本文建议上述参数的取值见表1。
混凝土保护层在钢筋锈蚀的影响下，抗压强度会降低，且其开裂部位与剥落程度不具有规律性，本文采用邢国华等（2014）推荐的简化公式进行计算。
为了计算简便，建模时对模型进行了合理简化：①由于一般混凝土试验构件的配箍率较低，核心混凝土受到的约束作用较弱，所以建模时忽略了箍筋对核心混凝土的约束作用，并假设内部核心混凝土不受钢筋锈蚀的影响，锈蚀只对保护层有一定的削弱作用；②仅考虑钢筋锈蚀对屈服强度、有效截面面积及与混凝土之间的胶结力的影响；③假设构件内部钢筋的锈蚀程度相同且均匀锈蚀，忽略钢筋的局部非均匀锈蚀。
钢筋材料采用清华大学开发的PQ-Fiber模型集合中的USTEEL02单轴滞回本构模型（曲哲，2010），该模型是Clough提出的最大点指向型双线性模型的改进形式（图1），考虑了钢筋屈服后因刚度退化产生的包兴格效应和累积损伤引起的受弯承载力退化，并且在骨架曲线上引入下降段来考虑构件的失效。
现有研究结果表明，锈蚀未造成钢筋弹性模量的明显变化，而屈服强度、极限强度、有效截面面积等均呈负方向变化（龙渝川等，2011），故本文在模拟钢筋锈蚀时，仅考虑了钢筋截面面积减小及本构关系的退化，具体计算公式如下：式中：η为钢筋截面锈蚀率（%）；d0、d分别为锈蚀前、后钢筋直径（mm）；fy0、fyc分别为锈蚀前、后钢筋的屈服强度（MPa）；εf为钢筋极限塑性变形率；λv为配箍特征值；λN为轴压比。
钢筋在锈蚀后，其表面的螺纹会有所损失，粗糙程度降低，导致其与混凝土之间的粘结滑移性能减弱。
建模时，通过在混凝土与钢筋的节点重合处设置连接单元来处理二者之间的粘结滑移问题。
假定滑移现象仅出现在钢筋纵长度方向，垂直于钢筋纵长度方向的粘结状况良好，即在垂直方向设置2个刚度较大（本文取2×1015）的线性弹簧单元，沿钢筋方向通过修改inp文件添加力-位移的关系（F-D曲线），设置1个非线性弹簧单元，力-位移关系曲线按下式计算：式中：τ为粘结滑移剪切应力（N/mm2），锈蚀钢筋剪切应力-位移关系与欧洲规范CEB-FIB1990定义的剪切应力-位移曲线类似（Kivell等，2015），故本文采用CEB-FIB1990推荐的粘结滑移本构关系来定义非线性弹簧单元的剪切应力参数；Ai为单个弹簧单元所对应的接触面面积（m2），如图2所示；R为钢筋半径（m）；l为弹簧单元间距（m）。
锈蚀削弱了混凝土与钢筋之间的粘结力，本文通过极限粘结强度降低系数b来考虑锈蚀对两者间粘结滑移关系的影响（Bhargava等，2008）：式中：τ0、τs为钢筋锈蚀前、后，钢筋与混凝土之间的剪切应力（N/mm2）；b 为粘结强度降低系数。
首先以未锈蚀的钢筋混凝土柱为例进行有限元建模，并用试验数据对其进行验证，以确保模型的准确性；在此基础上，以锈蚀率为变量，对不同的钢筋混凝土柱的力学性能进行模拟分析。
试验试件选自史庆轩等（2000）的相关研究，编号ZZ-1。
试件柱总长1400mm，底端固定，竖向千斤顶加压227.58kN，轴压比约为0.27，水平循环反复荷载通过液压作动器施加在距柱顶100mm处。
柱截面尺寸为200mm×200mm，基础梁截面尺寸为250mm×300mm，保护层厚度25mm。
混凝土强度等级按C25设计，实测标准立方体抗压强度31.1N/mm2，初始弹性模量约为30GPa，泊松比0.2；纵筋采用Ⅱ级钢筋，实测屈服强度为415.6N/mm2，弹性模量约为200GPa，对称配筋，截面配筋率为1.355%，箍筋采用Ⅰ级钢筋。
详细几何参数及截面配筋示意图见图3。
采用分离式建模以模拟锈蚀对钢筋混凝土粘结滑移的影响，混凝土材料采用C3D8R单元，钢筋材料采用T3D2单元，连接单元采用SPRING2单元，假设钢筋仅在纵向发生滑移，因此仅在钢筋纵向设置非线性弹簧，在其它2个方向不考虑钢筋的滑移，设置刚度为2×1015N/mm的线性弹簧。
建立的有限元分析模型如图4所示。
基础梁底端网格采用固定约束，竖向千斤顶的作用通过在柱顶施加227.58kN集中力的方式来模拟，参考点RP1建立在距柱顶100mm处，并与柱顶面建立相互耦合作用，以位移加载的形式在该点施加水平循环往复荷载：按照屈服位移的倍数（Δy、2Δy、3Δy等）每级3次循环加载，当试件的承载力下降至峰值荷载的85%时停止加载。