復雜工況作用下鋼筋混凝土梁銹裂歷程的分析與數(shù)值模擬.pdf

1、鋼筋混凝土的耐久性失效會造成巨大的損失，鋼筋銹蝕是引起混凝土耐久性失效的最主要原因，引起鋼筋銹蝕的各種原因中，最普遍、最嚴重的原因是氯化物侵蝕引起的銹蝕。當環(huán)境中的氯離子通過混凝土自身裂縫到達鋼筋表面與鐵發(fā)生反應，產(chǎn)生銹蝕產(chǎn)物并繼續(xù)堆積膨脹引起混凝土保護層開裂，開裂又加劇了氯離子的滲透侵蝕，產(chǎn)生惡性循環(huán)。因此，研究氯鹽侵蝕下的鋼筋混凝土銹裂過程有著重大的現(xiàn)實意義。
　　本文結(jié)合已有的研究成果，采用數(shù)值模擬的研究方法，從不同層面研究

2、了鋼筋混凝土在鋼筋銹蝕后引起混凝土保護層銹脹開裂的過程。主要的研究內(nèi)容如下:
　　(1)在細觀層面上對鋼筋混凝土銹脹開裂的過程進行了模擬?；炷猎诩氂^層面上是一種由骨料、砂漿以及連接兩者之間界面過渡區(qū)組成的有復雜力學性質(zhì)的非均勻準脆性材料。為表現(xiàn)其細觀特性，本文根據(jù)蒙特卡羅法利用MATLAB軟件編寫代碼生成隨機骨料模型，導入有限元軟件中建立混凝土細觀模型?；贏BAQUS軟件中的脆性開裂模型模擬了鋼筋混凝土的銹裂過程。結(jié)果顯示脆性

3、開裂模型可以模擬生成真實的裂縫圖，較為直觀的顯示銹脹裂縫的產(chǎn)生、擴展情況，更加真實的反映鋼筋混凝土的銹裂行為。鋼筋混凝土銹脹開裂演化的過程中，裂縫起裂位置垂直于最大位移加載方向，在最接近界面層的位置首先產(chǎn)生裂縫，并通過脆弱的界面層繞過骨料，向保護層邊緣擴展，最終貫通保護層。
　　(2)在宏觀層面上模擬了氯鹽環(huán)境與靜力荷載耦合作用下鋼筋混凝土梁的銹裂情況。模擬基于ABAQUS的混凝土塑性損傷模型，利用溫度場使鋼筋膨脹模擬銹脹力，同時

4、同步施加靜力荷載，模擬了靜力荷載-銹脹力耦合情況下鋼筋混凝土的銹脹過程。得出如下結(jié)論:靜力荷載-銹脹荷載耦合引起的損傷要遠大于銹脹荷載引起的損傷。單純銹脹荷載引起的損傷并不大，但耦合引起的損傷就會急劇增加，與實際情況比較相符;靜力荷載和銹脹力引起的耦合損傷在鋼筋下側(cè)更為嚴重，鋼筋更容易銹蝕，銹脹裂紋更容易向下擴展，產(chǎn)生橫向裂縫且主要集中在受拉區(qū)，引起混凝土保護層開裂。與試驗結(jié)果比較一致。
　　(3)在宏觀層面上同時進行了氯鹽環(huán)境與

5、疲勞荷載耦合作用下鋼筋混凝土梁的銹裂情況模擬。模擬同樣采用溫度荷載模擬銹脹荷載，同時同步施加疲勞荷載，模擬銹脹荷載與疲勞荷載耦合情況下鋼筋混凝土梁的銹裂情況。模擬結(jié)果顯示:耦合損傷在跨中部位更為嚴重，有著自下而上、自跨中到兩邊的傳播趨勢。由于荷載以疲勞的方式進行加載，因此損傷發(fā)展相較于靜力耦合發(fā)展的更為快速，梁體的損傷情況也更為嚴重，在產(chǎn)生初始損傷后，很快整個梁體就已經(jīng)完全損傷;耦合作用的效果也十分顯著，相比單獨銹脹荷載的施加，耦合作用