【摘 要】
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钢筋锈蚀作为钢筋混凝土结构耐久性问题中最重要的一环,一直被国内外学者广泛关注。混凝土中的钢筋发生锈蚀后截面积降低,等效强度减小,将会显著降低RC柱的力学性能。准确评估钢筋锈蚀对RC结构性能的影响一直是学者们研究的热点。然而实际工程中的钢筋锈蚀往往是复杂和不均匀的,且锈蚀RC柱力学性能的退化过程包含种种复杂的非线性机制,仅仅根据锈蚀率对钢筋的强度进行一定程度的折减难以准确的反应其真实性能。与锈蚀有关
【基金项目】
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国家重点研发专项计划项目(2019YFC1509302); 陕西省自然科学基础研究计划(2016KJXX-93);
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钢筋锈蚀作为钢筋混凝土结构耐久性问题中最重要的一环,一直被国内外学者广泛关注。混凝土中的钢筋发生锈蚀后截面积降低,等效强度减小,将会显著降低RC柱的力学性能。准确评估钢筋锈蚀对RC结构性能的影响一直是学者们研究的热点。然而实际工程中的钢筋锈蚀往往是复杂和不均匀的,且锈蚀RC柱力学性能的退化过程包含种种复杂的非线性机制,仅仅根据锈蚀率对钢筋的强度进行一定程度的折减难以准确的反应其真实性能。与锈蚀有关的其他因素也可能对RC柱的力学性能产生间接但不容忽视的影响,例如箍筋锈蚀导致的约束混凝土强度的降低、钢筋的不均匀锈蚀以及由于钢筋截面削弱导致的纵筋提前屈曲。然而在现有的锈蚀RC柱数值模型研究中,纵筋的不均匀锈蚀以及屈曲现象很少被纳入考虑。为准确评估锈蚀RC框架柱的性能劣化,本文分别研究了钢筋的不均匀锈蚀以及锈蚀纵筋屈曲效应对RC柱性能的影响,并建立了锈蚀RC框架柱的一整套数值模拟方法,包括基于锈胀裂缝宽度的钢筋锈蚀率计算模型,考虑不均匀锈蚀以及屈曲效应的锈蚀纵筋本构模型和可考虑箍筋锈蚀以及纵筋屈曲效应的约束混凝土本构模型。并对所提材料模型以及RC柱整体模型分别进行了对比验证,主要研究工作和成果如下:(1)推导了钢筋锈蚀过程中混凝土锈胀裂缝扩展规律以及锈蚀产物沿钢筋环向的分布规律,建立了基于表观裂缝宽度的纵筋锈蚀程度评估模型。(2)通过引入锈蚀影响系数提出了考虑不均匀锈蚀分布的锈蚀纵筋等效屈服强度计算模型。基于已有试验结果分析了纵筋锈蚀和箍筋锈蚀的关系,建立了箍筋和纵筋锈蚀程度的关联模型。考虑锈蚀箍筋对纵筋屈曲模式的影响以及保护层混凝土对纵筋屈曲的约束效应,进一步提出了考虑屈曲效应的锈蚀纵筋本构模型。(3)研究了屈曲纵筋与核心区混凝土的相互作用规律,基于Mander的约束混凝土模型,建立了锈蚀箍筋约束的核心区混凝土模型。模型计算结果表明:箍筋发生锈蚀后强度降低,在纵筋发生屈曲之前,箍筋对混凝土侧向约束能力的下降是约束混凝土强度降低的主要原因,可将箍筋强度根据锈蚀率进行折减直接代入Mander模型中计算约束混凝土的强度。纵筋屈曲后发生明显的侧向位移并与混凝土分离,混凝土的受约束状态发生明显改变,Mander模型无法准确预测纵筋屈曲后的约束混凝土强度。(4)基于OpenSees平台和所提出的材料模型,建立了锈蚀RC框架柱的数值模型。根据已有试验资料,先后对本文所提出的纵筋锈蚀程度评估模型,箍筋和纵筋锈蚀程度关系模型,锈蚀箍筋约束混凝土模型,以及锈蚀RC柱的数值模型进行了验证。结果表明,本文模型具有较好的精度,锈蚀程度评估模型能够体现主要因素的影响,研究结果可用于既有混凝土结构的性能评估。
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