均匀锈蚀SRC梁正截面承载力的理论分析和数值模拟

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钢筋混凝土结构耐久性问题已经得到了全球的重视和深入的研究,但型钢混凝土结构耐久性的研究还处于初级阶段。在一般人气环境下,型钢混凝土结构中的型钢一旦发生锈蚀,不仪降低州钢与混凝土之间的粘结强度,还易引发应力腐蚀,因此,型钢混凝土结构一旦出现耐久性问题将可能出现比钢筋混凝土结构的还要大的影响。
   本文基于弹性理论,分析了锈蚀型钢与混凝土交界面的粘结滑移性能,分别建立了界面滑移、界面滑移应变和轴向力的微分方程。根据不同荷载作用下的边界条件建立了了界面滑移、滑移应变和轴向力的计算公式。然后根据特征面处不考虑和考虑界面滑移的轴向力,建立了不同荷载作用下的锈蚀型钢混凝土的协同工作系数计算公式。最后在已有型钢混凝土梁正截面承载力计算公式中引入协同工作系数,得到中和轴通过型钢腹板的均匀锈蚀型钢混凝土梁承载力的计算公式。
   由于尚未建立描述锈蚀型钢与混凝土粘结滑移的本构模型,在有限元软件ANSYS中无法使用弹簧单元模拟锈后的型钢混凝土构件。杠文提出了锈蚀型钢混凝土梁的ANSYS模拟方法:一方面减小型钢的截面面积;另一方面在型钢翼缘外侧与混凝土交接面上施加均匀锈胀力。对大量锈蚀试件进行弹性理论计算和有限元分析,通过比较发现,两种方法计算得到的弯矩值吻合的较好,验证了弹性理论计算公式适用于锈蚀率10%-20%之间的的轻度锈蚀型钢混凝土梁。
   讨论了影响锈蚀型钢混凝土梁正截面承载力的因素,如锈蚀率、保护层厚度和混凝土强度等级。结果表明,当锈蚀率小于10%,锈蚀型钢混凝土梁的正截面承载力随锈蚀率的增加而增加;当锈蚀率大于10%,基承载力随锈蚀率的增加而减小。锈蚀型钢混凝土的承载力随型钢保护层厚度和混凝土强度等级的提高而提高,且乐载力对强度的敏感度明显大于保护层厚度。
  
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