锈蚀钢筋混凝土柱力学性能退化研究

发布时间：2017-07-06 12:10

  本文关键词：锈蚀钢筋混凝土柱力学性能退化研究

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【摘要】：混凝土结构是我国目前工民建中使用最多的结构形式,但是由于环境介质腐蚀,严重影响混凝土的耐久性。大气自然环境中腐蚀介质侵蚀混凝土,引起混凝土碳化、钢筋锈蚀,严重情况将会出现钢筋锈断、混凝土胀裂和剥落等劣化破坏现象,以上是成为反映一般环境下损伤混凝土结构耐久性的一般表象。箍筋离混凝土表面很近,较纵筋更容易接触腐蚀介质环境,锈蚀引起箍筋有效受力面积减小、强度及性能退化,同时锈胀也引起保护层劣化甚至出现裂缝,失效的保护层对内部钢筋的保护作用减弱,纵筋锈蚀更加明显,进而导致对纵筋以及对核心区混凝土的约束作用降低,削弱了结构的承载能力。本文在已有试验研究基础上,通过理论分析和数值模拟结合的方法,研究了锈蚀钢筋混凝土柱的力学性能退化规律,提出了钢筋锈蚀引起结构承载力退化的理论公式和相关结论,为钢筋锈蚀引起结构承载能力退化的实际工程的剩余承载力计算评估和维修加固提供一定程度的理论参考。本文通过理论对比分析锈蚀钢筋力学性能的退化规律以及锈蚀钢筋对混凝土柱构件承载力的影响,采用了合适的锈蚀钢筋本构模型、混凝土本构模型、钢筋-混凝土之间粘结-滑移本构模型,建立了ABAQUS有限元分析锈蚀钢筋混凝土柱计算模型,研究了不同钢筋锈蚀率混凝土柱力学性能退化规律。通过对有限元分析结果进行整理分析,钢筋锈蚀程度越大,构件的峰值应力、峰值应变降低程度越大;从每组构件应力-应变曲线对比图可以看出,钢筋锈蚀率的越大,相同应变状态对应的应力值下降(即应力-应变曲线大部分区段下移),并且峰值应力过后曲线下降段越来越陡峭。以相关试验为基础,选取适当的本构模型进行有限元建模,对比试验结果,验证了模拟的合理性和精确性,分析了试件力学性能变化规律,提出了锈蚀箍筋混凝土柱轴压极限承载力退化的计算公式,继而进一步提出锈蚀钢筋混凝土柱分别在轴压和偏压状态下的极限承载力计算公式。在相同条件下,分别改变箍筋间距和保护层厚度,分析构件在轴压和偏压情况下的力学性能变化规律。
【关键词】：锈蚀钢筋 混凝土柱 力学性能退化 ABAQUS有限元 应力-应变曲线
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU375.3
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 研究背景及意义9-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 混凝土碳化的研究现状12-14
• 1.2.2 钢筋锈蚀研究现状14-16
• 1.2.3 锈蚀钢筋混凝土的研究现状16-17
• 1.3 本文研究的主要内容17-18
• 2 钢筋锈蚀机理及危害分析18-33
• 2.1 钢筋锈蚀机理18-20
• 2.1.1 碳化引起混凝土中钢筋锈蚀18-19
• 2.1.2 氯盐侵蚀引起混凝土中钢筋锈蚀机理19
• 2.1.3 影响钢筋锈蚀速率因素19-20
• 2.2 钢筋锈蚀特征及其力学性能20-24
• 2.2.1 钢筋锈蚀特征20
• 2.2.2 钢筋锈蚀率模型20-22
• 2.2.3 锈蚀钢筋力学性能22-24
• 2.3 锈裂过程分析及锈裂影响因素24-26
• 2.3.1 锈裂过程分析24-26
• 2.3.2 影响混凝土锈裂的因素26
• 2.4 钢筋-混凝土粘结滑移26-29
• 2.5 箍筋锈蚀危害影响29-32
• 2.5.1 锈蚀箍筋对混凝土的约束作用29-30
• 2.5.2 箍筋锈蚀对纵筋的影响30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 3 锈蚀钢筋混凝土柱ABAQUS有限元分析33-52
• 3.1 ABAQUS软件简介33
• 3.2 模型设计及参数选取33-37
• 3.3 有限元模型37-45
• 3.3.1 模型选择37-38
• 3.3.2 钢筋本构模型38
• 3.3.3 混凝土本构模型的选取38-40
• 3.3.4 锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结滑移40-42
• 3.3.5 单元选择与网格划分42-44
• 3.3.6 模型加载及求解44-45
• 3.4 有限元模型合理性验证45-49
• 3.4.1 背景试验概况45-46
• 3.4.2 模拟结果及与试验对比46-49
• 3.5 锈蚀箍筋约束混凝土柱? -ε 曲线分析49-51
• 3.6 本章小结51-52
• 4 锈蚀钢筋混凝土柱极限承载力模型52-73
• 4.1 锈蚀钢筋混凝土柱承载能力退化规律52-53
• 4.2 锈蚀箍筋约束混凝土柱轴压极限承载力53-60
• 4.3 锈蚀钢筋混凝土柱轴压极限承载力60-65
• 4.4 锈蚀钢筋混凝土柱偏压极限承载力65-72
• 4.5 本章小结72-73
• 5 结论与展望73-75
• 5.1 结论73
• 5.2 展望73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-78

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本文编号：526150