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锈蚀钢筋混凝土梁受剪承载力研究——基于云计算的分析
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更新于2024-07-02
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“该文献主要探讨了锈蚀钢筋混凝土梁在受剪承载力计算中的问题,研究了锈蚀对混凝土梁斜截面性能的影响,并提出了新的计算公式。” 在现代建筑行业中,混凝土结构的耐久性是确保工程安全和寿命的关键因素。钢筋锈蚀是导致混凝土结构耐久性下降的主要原因之一,它会降低钢筋的力学性能,破坏混凝土截面,减弱钢筋与混凝土之间的粘结力,从而影响结构的承载能力和适用性。锈蚀不仅威胁到结构的安全性,还可能影响建筑物的正常使用。 针对锈蚀钢筋混凝土梁受弯构件斜截面的受力性能,该研究填补了相关领域的空白。论文深入分析了不同锈蚀范围、不同程度以及不同部位锈蚀对钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力的影响。作者提出了一种新的计算公式,用于评估在集中荷载作用下,锈蚀钢筋混凝土梁的斜截面受剪承载力。此计算方法结合了现有的试验数据,通过比较试验结果与计算结果,验证了公式的有效性和准确性。 文章还利用有限元软件ANSYS建立了三维模型,模拟锈蚀引起的粘结失效或部分失效情况,以研究钢筋混凝土梁在集中荷载下的斜截面性能。在模型构建中,采用生死单元法来模拟钢筋与混凝土间的粘结状态变化。通过计算模拟试件的斜截面受剪承载力,并与模拟计算结果对比,进一步证实了提出的计算公式的可靠性。 关键词涵盖了钢筋混凝土梁、锈蚀、斜截面、受剪承载力和非线性分析,表明该研究不仅涉及基本的结构力学,还包含了材料的非线性行为以及计算机模拟技术的应用。这项工作对于理解和预防因钢筋锈蚀导致的混凝土结构性能衰退,以及优化设计和维护策略具有重要意义,为工程实践提供了科学的理论支持。
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6
梁的受弯试验发现:钢筋锈蚀率小的梁一般为受弯破坏,而钢筋锈蚀率和箍筋间距
较大时,往往会发生剪切破坏
[38]
。钢筋混凝土梁的正截面承载力和刚度随着纵筋锈
蚀程度的增加不断下降
[37-43]
。Mangat 通过对 111 根钢筋混凝土梁(其中 10 根配置了
箍筋)进行的快速锈蚀试验,发现钢筋锈蚀后,梁的弯曲能力和变形能力明显降低,
钢筋直径损失 10%时,受弯承载力降为对照组的 25%
[36]
。研究表明在钢筋锈蚀率小
于 5%时,平截面假定成立,锈蚀梁的破坏形态与未锈梁的受弯承载力仍可用现行规
范计算
[39] [43]
。文献[44]研究认为,在锈蚀开裂前,受压区钢筋锈蚀膨胀使混凝土处
于拉、压双向应力状态,混凝土抗压强度降低,承载力计算时应考虑这些影响;当
锈蚀率大于 5%~6%时,则应考虑锈蚀引起钢筋与混凝土间粘结性能的退化。这方
面有两种计算方法
[28]
:一种是考虑粘结性能退化对梁粘结机理的影响,从整体上对
受弯承载力进行折减,用不考虑粘结性能退化计算的受弯承载力乘以协同工作降低
系数,这种方法简单易行;第二种方法是对受拉纵筋乘以协同工作降低系数,它重
点考虑粘结性能退化导致的钢筋强度的降低,对受拉钢筋屈服强度进行折减,同时
间接考虑梁破坏模式的改变对承载力的影响。实际工程中,构件的钢筋锈蚀程度不
尽一致,故应分别考虑其粘结性能退化的影响,第二种方法能较好地反映这一问题。
牛荻涛基于现行计算理论,提出了较为实用的锈蚀梁受弯承载力计算模型,该模型
考虑了钢筋截面的减小、屈服强度降低、粘结力下降三种影响因素。
国内外对受压构件的试验研究不多,国内冶金建筑研究总院
[11]
、西安建筑科技
大学
[41]
对受压构件进行了试验研究,试验结果表明:轴心受压锈蚀构件的破坏过程
与完好构件没有明显差别,锈蚀构件的承载力比正常构件降低较多;偏心受压构件
的裂缝出现与开展、侧向挠度的变化、混凝土应变与破坏特征、破坏荷载等与正常
构件有明显差异,承载能力随钢筋锈蚀率的增加而大幅降低。研究表明:偏心受压
构件的正截面应变分布与平截面假定有出入,受弯构件的正截面受弯承载力的降低
主要是由于钢筋截面的削弱引起,而受压构件则受混凝土截面损失和钢筋截面削弱
的共同作用
[41-42]
。在锈蚀钢筋混凝土受压构件的正截面承载力计算方面,史庆轩等
基于试验结果提出了一些定性的计算原则,尚无完整的数学计算模型。
一些学者还对锈蚀钢筋混凝土构件的动力性能进行了研究
[42]
,日本进行了受弯
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7
构件恢复性能试验,西安建筑科技大学进行了压弯构件恢复性能试验。已有的试验
结果表明:在反复水平荷载作用下,钢筋锈蚀对压弯构件的承载力、刚度、延性、
耗能能力等都有影响,随着钢筋锈蚀程度的加大,试件的承载力、刚度、延性、耗
能能力不断降低
[42]
。
目前,对具有锈蚀钢筋的混凝土受弯构件受剪性能研究较少。事实上,剪切破
坏是脆性破坏,主要承担剪力的箍筋的保护层厚度比纵筋的小,箍筋的直径远小于
纵筋,更易锈蚀。因而,箍筋锈蚀的混凝土构件的受剪承载力研究不容忽视。
Rodriguez
[38]
试验研究考虑不同配箍率情况下,箍筋锈蚀对构件破坏形态、承载力的
影响,认为箍筋的坑蚀对构件的受剪承载力有重要影响。阎西康
[39]
等进行了模拟被
海水侵蚀、钢筋受腐蚀后对钢筋混凝土梁斜截面承载力的试验研究,其重点是不同
强度等级的混凝土遭海水腐蚀后对构件承载力的影响,认为钢筋锈蚀影响试件的宏
观性能,具体的影响程度和计算还有待于进一步工作。田瑞华等
[37]
进行了七个锈蚀
钢筋混凝土试件的受剪性能的试验研究,结果表明:在混凝土构件中箍筋的锈蚀程
度比纵向钢筋严重,箍筋锈蚀会改变构件的破坏形态,影响梁的受剪承载能力。张
苑竹
[10]
用非线性有限元对锈蚀钢筋混凝土弯剪构件的破坏形态进行了分析,研究不
同配箍率下、箍筋不同锈蚀率对构件破坏模式的影响,结果表明对配箍率较小的混
凝土构件,随着钢筋的锈蚀,其破坏形式从延性的受弯破坏转变为脆性的受剪破坏。
对于混凝土构件中钢筋锈蚀问题,目前主要采用试验、计算机有限元分析、或
试验研究与有限元分析相结合的研究方法。
混凝土中钢筋锈蚀构件试验研究,其试件来源主要有以下途径:
1、从己有混凝土结构中拆除的自然锈蚀构件,如惠云玲研究锈蚀钢筋性能所采
用的构件是从使用二十多年的结构中取出
[11]
,这样的试件最真实地反映钢筋混凝土
构件的工作状态,花费的人力、财力相对较少,但得到理想试件的机会不多。
2、长期现场暴露的试件,即把构件制作完毕后,将构件长期放置于相应工作环
境中,待其自然锈蚀。如中国建筑科学研究院、冶金部等
[28] [29]
在这方面做了不少工
作,但这种方法需花费大量人力、资金,试验周期较长。建科院所作耐久性梁的试
验从试件制作到试验长达十余年,故这种方法在应用上受到制约。
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