海洋环境下考虑底层柱腐蚀损伤的混凝土结构地震响应分析

发布时间：2017-10-21 13:09

  本文关键词：海洋环境下考虑底层柱腐蚀损伤的混凝土结构地震响应分析

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【摘要】：长期处于海洋环境下的混凝土结构不仅承受强风、地震和海浪等各种荷载作用,还遭受硫酸盐和氯盐等环境介质的物理化学侵蚀,荷载与环境因素耦合作用下的混凝土结构的安全性和耐久性问题是土木工程界研究的热点问题。为了评估海洋环境下混凝土结构的抗震性能,本文在考虑了混凝土时变腐蚀本构模型和锈蚀钢筋的力学性能基础上,以OpenSEES有限元分析软件为平台,获得了海洋环境下考虑底层柱腐蚀损伤的混凝土结构的地震响应,分析了海洋腐蚀过程中混凝土结构抗震性能的时变规律。主要研究内容及结果包括：(1)首先,根据硫酸盐侵蚀下混凝土的损伤退化机理,获得了腐蚀过程中混凝土本构特征参数随侵蚀硫酸盐浓度和侵蚀时间的变化规律,并以混凝土Scott-Kent-Park本构模型为基础,建立了硫酸盐侵蚀过程中混凝土腐蚀时变本构模型。(2)其次,利用混凝土中氯离子的传输模型和钢筋锈蚀氯离子阈值方程,给出了钢筋初始锈蚀时间的计算方法,并根据钢筋均匀腐蚀和坑蚀的条件下的锈蚀速度模型,建立了钢筋锈蚀有效截面面积的计算方法,在Pinto钢筋本构模型的基础上,给出了考虑氯盐侵蚀作用下锈蚀钢筋的力学性能计算模型。(3)然后,利用有限元软件OpenSEES中的纤维模型,建立了硫酸盐和氯盐耦合作用下过程中混凝土柱的力学分析模型,分析了腐蚀过程中混凝土的承载力变化、应力重分布以及柱的滞回曲线和骨架曲线时变规律,获得了混凝土柱力学性能随腐蚀时间的变化规律,结果表明：混凝土柱力学性能随腐蚀时间的增加而下降。(4)最后,建立了考虑底层柱腐蚀损伤的混凝土框架结构的地震响应分析模型,并以结构顶层位移、层间最大位移、层间最大位移角和柱最大剪力为研究指标,以有限元软件OpenSEES为平台,分析了海洋环境下考虑底层柱腐蚀损伤的混凝土结构在常遇和罕遇地震作用下的地震响应,给出了腐蚀过程中混凝土框架结构的抗震性能随腐蚀时间的变化规律,结果表明：随腐蚀时间的增加,混凝土框架结构的抗震性能降低。
【关键词】：海洋环境 腐蚀本构模型 框架结构 OpenSEES软件 地震响应
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU311.3
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-17
• 1.2.1 钢筋锈蚀的研究现状10-13
• 1.2.2 混凝土耐久性研究现状13-16
• 1.2.3 基于性能的抗震设计理论16-17
• 1.3 本文研究内容17-19
• 2 OpenSEES软件及其结构19-33
• 2.1 OpenSEES分析软件简介19
• 2.2 建立有限元模型19-27
• 2.2.1 材料的本构关系20-25
• 2.2.2 截面恢复力模型25-27
• 2.2.3 单元类型27
• 2.3 非线性分析27-31
• 2.3.1 结构非线性静力问题的数值求解分析28-29
• 2.3.2 结构非线性动力问题的数值求解分析29-31
• 2.4 分析结果的后处理控制31
• 2.5 本章小结31-33
• 3 考虑海水腐蚀影响的钢筋、混凝土力学计算模型33-42
• 3.1 引言33-34
• 3.2 混凝土34-36
• 3.3 钢筋36-41
• 3.3.1 钢筋锈蚀的计算方法36
• 3.3.2 锈蚀钢筋有效截面积的计算方法36-38
• 3.3.3 钢筋初始锈蚀时间T_(cor)38-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 腐蚀条件下混凝土柱结构的力学性能分析42-55
• 4.1 腐蚀环境下混凝土柱结构分析有限元模型的建立42-45
• 4.1.1 腐蚀混凝土柱的截面纤维模型42-43
• 4.1.2 混凝土柱单元的计算模型43-45
• 4.2 海洋环境下混凝土柱的工程实例分析45-48
• 4.2.1 初始参数46
• 4.2.2 确定腐蚀过程中混凝土本构和钢筋有效截面面积46-48
• 4.3 计算结果分析48-54
• 4.3.1 竖向荷载作用下柱结构的性能分析48-51
• 4.3.2 水平向荷载作用下柱结构的性能分析51-54
• 4.4 本章小结54-55
• 5 腐蚀条件下混凝土框架结构的地震响应分析55-73
• 5.1 海洋腐蚀环境下混凝土框架结构的工程实55-56
• 5.2 建立框架结构分析模型56-57
• 5.3 地震波的选取57-59
• 5.4 多遇地震下腐蚀对框架结构地震响应的影响59-64
• 5.4.1 结构第一自振周期59
• 5.4.2 地震波调整59
• 5.4.3 结构水平位移59-61
• 5.4.4 最大层间位移与最大层间位移角61-63
• 5.4.5 最大柱剪力63-64
• 5.5 罕遇地震下腐蚀对框架结构地震响应的影响64-69
• 5.5.1 地震波调整64-65
• 5.5.2 结构水平位移65-66
• 5.5.3 最大层间位移和最大层间位移角分析66-68
• 5.5.4 最大柱剪力68-69
• 5.6 不同地震波作用下结构响应分析69-71
• 5.6.1 地震波调整69
• 5.6.2 结构水平位移69-70
• 5.6.3 最大层间位移与最大层间位移角70-71
• 5.6.4 结构最大柱剪力71
• 5.7 本章总结71-73
• 6 结论与展望73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 工作展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-83
• 附录83

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本文编号：1073516