疲劳荷载下锈蚀钢筋与混凝土粘结性能退化分析研究

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对于已有的钢筋混凝土结构,钢筋的锈蚀导致结构破坏已经是一种最常见的现象之一。在桥梁、滨海建筑等结构中,其在使用期间不仅出现钢筋锈蚀的情况,而且还承受车辆、海浪等造成的疲劳荷载,锈蚀疲劳已经成为这类结构的主要破坏形式。钢筋锈蚀能够导致钢筋的承载能力降低,并且还大大的减弱了钢筋与混凝土之间的粘结作用。疲劳荷载造成结构内部微裂纹生成并发展,潜伏性地对结构造成损伤,最后引起结构的脆性破坏。考虑钢筋锈蚀和疲劳荷载作用对钢筋混凝土结构中粘结滑移性能退化的影响,并建立钢筋锈蚀和疲劳荷载耦合作用下钢筋混凝土粘结-滑移的本构关系,对已有结构的计算和分析非常重要,这样可以预测现有结构的剩余寿命,并为已经受损结构的维修和加固提供理论依据。本文的主要研究内容如下:1.总结了以前研究者对钢筋锈蚀和疲劳荷载对结构影响研究的结论;本文分别从试验、理论以及数值模拟三个方面进行总结,介绍了粘结作用的基本概念和作用机理,并阐述了各方面的研究成果。2.本文分别从钢筋锈蚀和疲劳荷载两个因素考虑,分析两个因素对粘结性能退化的影响,并建立了钢筋锈蚀和疲劳荷载耦合作用下钢筋混凝土结构的粘结滑移本构关系。3.在得出本构关系的基础上,利用有限元软件ABAQUS建立考虑钢筋混凝土粘结滑移的有限元模型,利用弹簧单元Spring2实现了钢筋和混凝土的粘结作用。分析已有的研究试验,最后通过比较数值模拟结果和试验结果,对本文中推导的钢筋混凝土粘结-滑移本构关系的正确性进行了验证,并通过结果对比对本文中推导出的本构关系中存在的一些问题进行说明。本文推导的本构关系为已有结构的数值分析,预测结构剩余寿命提供了一定的理论依据。
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