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
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
2.相邻钢筋非均匀锈蚀引发混凝土保护层开裂的细观数值模拟
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
4.细观尺度下橡胶混凝土钢筋非均匀锈胀反力研究
5.基于钢筋加速非均匀锈蚀的混凝土保护层胀裂预测
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钢筋混凝土锈胀开裂耐久寿命的预测
钢 筋 混 凝 土 锈 胀 开 裂 耐 久 寿 命 的 预 测 ’
王 显利
（ 北华 大学 ， 吉林 ，３ ０ ３ １２ １ ）
李 雪艳
（ 吉林港华燃气有 限公 司）
孟 宪 强 （ 北华 大来自学 ） 摘 要 应用混凝土断裂理论 ， 通过断裂韧度与 最大荷载 的关 系建立 了考虑混凝 土结构初 始缺陷和微裂缝 的 临界锈 张力预测模型 ； 于断裂韧度的尺寸效应 ， 基 采用保护层厚度作为梁 高对锈胀 力预测模 型进行 了修 正 ； 结合 弹 性 力学建立 了包括钢 筋截 面损 失、 钢筋与混凝土界 面间隙和钢筋 间距 影响 的保 护层锈胀 开裂耐久 寿命预 测模 型。 对 不同保护层厚度和锈蚀 率的预测值 与 实验 结果进行 了比较 ， 而证 实 了预 测模型的有效性。对锈 胀开裂耐久 寿 从 命 受因素变化 的影响规律做 了详细的分析。 关键词 钢 筋混凝 土 ； 断裂韧度 ； 尺寸效应 ； 锈胀 力； 耐久寿命
维普资讯
第 ３ ５卷 第 ８期 ２０ ０ ７年 ８月
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强冲击下钢筋混凝土的计算模型与动力破坏
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。
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。
钢筋混凝土结构的钢筋滞回模型
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。
钢筋混凝土结构锈蚀损伤的解析解
0.196πDI corr t
α rust
(2)
式中：Icorr为铁锈电流密度，通常用来表示锈蚀率。 这里需要指出的是，氯离子侵蚀只有在特殊的沿海环境或混凝土中掺有过量氯盐的条件下才能发生。 在一般的大气环境条件下，空气中的二氧化碳渗透到混凝土充满空气的空隙和毛细管中，与水泥水化过程 中所生成的氢氧化钙、硫酸二钙和硫酸三钙等水化产物相互作用形成碳酸钙，使得混凝土碱度不断降低。 碳化一旦达到钢筋表面，钢筋表面的钝化膜被破坏，可能造成钢筋的锈蚀，但二氧化碳本身并不与钢筋发 [1] 生直接的电化学作用 。尽管氯离子侵蚀和碳化引发钢筋锈蚀的条件和机理有所差别，但一旦钢筋表面的 钝化膜被破坏后，钢筋锈蚀过程具有一定的类似性，因此，式(1)形式上也适用于碳化所引发的钢筋腐蚀 问题，只是其中某些参数的物理含义及混凝土材料特性对这两类钢筋锈蚀的影响不同。
求解式(6)可得
(6)
u (r ) = c1r
式中： c1 和 c2 为待定系数。
k
+ c2 r −
k
(7)
在式(5)和式(7)中，令k=1就退化为各向同性弹性体的解。这里值得注意的是，不仅混凝土保护层开 裂后k是时间t的函数，而且下面将会看到u(r)始终是铁锈厚度ds(t)的函数。所以，式(6)与时间相关。
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2004 年 12 月
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学
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第 12 期
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的氯离子含量达到某一临界值时，钢筋表面的钝化膜被破坏，这不仅造成钢筋锈蚀的可能性，而且氯离于 [1] 本身也与钢筋发生电化学作用，引发钢筋表面产生点状腐蚀 。随着点状腐蚀的进一步发展，钢筋周围形 成一厚度基本均匀的铁锈层，对周围的混凝土施加均匀的膨胀压力。因此，为了简化分析，通常假设钢筋 [7] 周围铁锈层厚度相等 。钢筋的整个锈蚀过程分为自由膨胀和混凝土保护层受力二个阶段。自由膨胀阶段 所产生的铁锈主要用于填充钢筋与混凝土保护层之间厚度为d0的多孔区，此时的保护层不受力，铁锈填充 [7] 多孔区所需的时间很容易确定 。一旦铁锈体积大于多孔区体积，混凝土保护层开始受力。本文主要分析 第二阶段，因此将保护层开始受力时刻作为起始点。 根据铁锈重量的增加率与已生成铁锈重量成反比原理，Liu和Weyers 导出铁锈厚度ds(t)与时间t的关 系
强冲击下钢筋混凝土的计算模型与动力破坏
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。
钢筋混凝土中保护层锈胀的分析
１ 试 验 结果及 分 析 ＿ ３
图 ３ ４为保 护 层 厚度 分 别 为 ５ ｒｍ 和 ２ｍｍ 试 件 的几 个 和 ０ ａ ０ 典 型 观 测 点 数 据 。试 验 结 果及 检 测 过 程 发 现 ， 相 同 的 电流 密 在 度 的条件 下 ， 锈胀裂 缝扩展起 始阶段 变化梯度较 小 ， 到后期 而 变 化 梯 度 相 对 较 大 ， 但 整 体 上 可 用 线 性 规 律 描 述 裂 缝 扩 展 过 程 ； 护 层 厚 度 对裂 缝 宽 度度 的 影 响程 度 较 小 。 保
１ 试 验 研 究
１１ 试 验设 计及 材料 ．
试 件 为 ２ ０ ｍｘ ６ ｍ ６ ０ ２ ｍ ２ ０ ｍｘ ４ ｍｍ 和 １０ ｍｘ ２ ｍｍｘ ４ ｍ ｍ ２０ ８ ６０ ｍ 两 种 柱 构 件 ， 角 布 置 钢 筋 。 保 护 层 分 别 为 ５ ｍ 和 ２ ｒｍ 两 四 ０ｍ ０ ａ 种 ， 向钢 筋 直 径 为 １ｍｍ 的 Ⅱ级 钢 筋 ， 筋 直 径 为 ６ ｍ 的 Ｉ 纵 ２ 箍 ａ ｒ 级 钢筋 。 电流 密 度 为 ０２ ｍ ／ 如 图 １ 示 。 ． Ａｃ ２ ｍ， 所
图 １ 试 件 成 型
混 凝 土 制 备 采 用 华 兴 Ｐ ３ ． 泥 ； 配 良好 的河 砂 ： 米 Ｃ２ ５水 级 瓜 卵石 ， 粒径 为 ５ １ ｒ 连 续 级 配 。 筋 性 能 均 符 合 国家 标 准 。 其 － ０ ｍ， ａ 钢 混凝土配合 比及力学性能见表 Ｉ 。
表 １ 混凝 土配合 比及力学性 能
图 ２ 腐 蚀 现 场
通 电腐 蚀 每 天 随 机 监 测 电 路 电流 ， 间 隔 ２ ｈ断 电 １ 测 ３ ｈ检 裂 缝 扩 展情 况 ， 并沿 试 件 长 度 方 向均 匀 选 取 １ 检 测 点 ， 精 ２个 用 度 为 ００ｒｍ 的裂 缝 测 宽 仪 （ Ｊ Ｋ ２ 进 行 观 测 裂 缝 宽 度 并 记 ．ａ ２ ＤＣ 一） 录 。为了减少观测误差 ， 监测前先将湿 盐砂及盖布移走 ， 用干布 清洁并根据环境气候情况 自然晾干或用吹风机吹干。
受腐蚀钢筋混凝土构件的恢复力模型
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]。
相对保护层厚度对混凝土中钢筋锈胀效应的数值模拟分析
（／ ） 运 用 Ｆ Ａ Ｃ Ｄ有 限 元软 件 分 析 了三 种 不 同相 对保 护层 厚 度 的钢 筋 混 凝 土 内 的应 力 场及 锈 胀 裂 缝 的 ｃｄ ， Ｒ Ｎ２ 产 生情 况 ， 出相 对 保 护 层 厚 度 对 钢 筋 混凝 土锈 胀 的 影 响 规律 。 找
【 关键词 】 相对保护层厚度 ； 锈胀裂缝 ； 有限元分析
１ Ｆ Ａ Ｃ Ｄ有 限元 软件 的简单 介绍 Ｒ Ｎ２
Ｆ Ａ Ｃ Ｄ是 由美 国康 奈尔 （ ｏ ｌ 大 学 Ｆａｔｒ Ｇ ｏｐ ＲＮ２ Ｃ ｍｅ ） １ ｒｃ ｅ ｒ ｕ ｕ 开 发 的 以 断 裂力 学 基 本 理 论 为基 础 ， 拟 二 维 平 面 （ 面 应 模 平
Байду номын сангаас
力、 平面应变和轴对称） 结构的裂痕扩展 的有 限元 软件 ， 其前
髯 每 辍≯辋 ・ ｉ
相 对 保 护 层 厚 度 对 混 凝 土 中钢 筋 锈 胀 效 应 的 数 值 模 拟 分 析
高 飞 剑 ， 靖 靖 郑
（ 国矿业 大学力 学 与建筑 工程学 院 ， 中 江苏 徐州 ２ １０ ） ２ ０ ８
【 摘 要 】 将相对保护层厚度作为影响钢 筋混凝土锈胀效应的一种 因素 。采 用不 同的相对保 护层厚度
在 Ｃ ｓａ中 分 别 建 立 直 ａｃ
径 为 １ ｌ ，２ ｉ ｎ ２ ｍ ６ Ｉ ｎ ２ ｎ ，８ ｍ Ｔ Ｉ ｉ
的钢 筋混 凝 土 试 件 的平 板模
型 ， 图 １ 图 ２ 图 ３所示 。 图 如 、 、
通过改变相对保护层厚度 的大小在 Ｆ Ａ Ｃ Ｄ有限元软 ＲＮ２
件 中建 立 模 型 来模 拟分 析 混 凝 土 内 的锈 胀 裂缝 ， 而探 寻 相 从 对 保 护 层 厚 度 对 钢 筋锈 胀 过 程 的影 响 规 律 ， 钢 筋 混凝 土 结 对 构 的耐 久 性 发 展 具 有一 定 的 意义 。