锈蚀钢筋混凝土构件反复荷载下性能退化研究

为研究地震作用下钢筋锈蚀对试件性能退化影响的规律,对6个锈蚀钢筋混凝土受弯构件进行低周反复荷载试验,得到不同锈蚀程度试件的滞回曲线及骨架曲线,分析了钢筋锈蚀对试件强度和刚度的影响。试验发现,随着钢筋锈蚀程度的增大,各试件强度退化基本呈增大趋势;低锈蚀率试件由于锈胀内力的存在,强度退化相对比未锈蚀试件和高锈蚀试件大;随着锈蚀率的增大,试件加载和卸载刚度总体上逐渐减小,且随着位移的增大而持续减小。此外,还分析了锈蚀钢筋混凝土结构刚度退化机理。成果可供锈蚀钢筋混凝土结构抗震性能研究参考。     

反复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土压弯构件恢复力性能的试验研究

采用外加电流对混凝土压弯构件中的钢筋进行了快速锈蚀试验,通过钢筋锈蚀混土压弯构件在水平反复荷载作用下的试验研究,探讨了钢筋锈蚀程度对混凝土压弯构件的承载力,刚度,延性,耗能能力等的影响,给出了锈蚀构件的滞回曲线和骨架曲线。     

反复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土柱力学性能研究

采用有限元软件ABAQUS,以锈蚀率（0%、5%、10%、15%和20%）为变量,对5根钢筋混凝土柱的力学性能进行了数值模拟,研究各试件的滞回性能、骨架曲线、延性及耗能能力,分析钢筋锈蚀率对承载力、延性、耗能和塑性铰转动能力的影响。研究结果表明:模拟分析得到的锈蚀钢筋混凝土柱的强度和变形与试验结果吻合较好,建立的有限元模型可用于锈蚀钢筋混凝土柱的力学性能分析;混凝土开裂前,锈蚀构件的力学性能基本与未锈蚀构件相同,混凝土开裂后,构件的承载力、屈服荷载、极限位移、延性等均随钢筋锈蚀率的增大而降低;轻度锈蚀构件的滞回性能和破坏形式与未锈蚀构件类似,随着钢筋锈蚀率逐渐增大,滞回环的饱满程度降低,“捏拢”现象严重,滞回曲线由“弓形”逐渐发展成“反S形”,耗能能力降低,破坏形式趋于脆性破坏,位移延性系数、平均耗能系数等指标逐渐下降。     

往复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土柱黏结滑移模型及数值模拟研究

为实现地震作用下锈蚀钢筋混凝土柱精细化数值模拟分析,基于已有研究成果建立往复荷载作用下锈蚀钢筋与混凝土间的黏结滑移本构模型:结合课题组前期试验结果,采用ABAQUS有限元分析软件对建立的黏结滑移本构模型进行有效性验证,通过对数值计算结果与试验结果之间误差分析,进一步对黏结滑移模型中的摩擦黏结应力系数和退化系数进行修正,...     

锈蚀钢筋混凝土圆柱抗震性能的试验研究

对不同锈蚀程度的钢筋混凝土圆柱进行低周反复试验,研究了不同轴压比下的钢筋锈蚀率对钢筋混凝土圆柱滞回曲线、骨架曲线、刚度、延性及耗能能力的影响;给出了试件累积耗能、屈服荷载、极限荷载、荷载最大值和位移延性系数与钢筋锈蚀率和轴压比的关系。研究表明,随着钢筋锈蚀率和轴压比的增大,试件的滞回曲线趋于干瘪,骨架曲线下降段变陡,试件的刚度、延性和耗能能力减小。     

梁端局部无粘结钢筋混凝土梁抗弯承载力研究

为进一步研究梁端局部无粘结钢筋混凝土悬臂梁的抗弯承载力,在理论分析的基础上,使用ABAQUS有限元软件对局部无粘结梁与完好梁的承载力进行了仿真对比分析。结果表明,当局部无粘结梁与完好梁的配筋方式及材料力学性能一致、受拉纵筋锚固良好且可进入屈服阶段时,局部无粘结梁与完好梁的应变分布和应力历程有着明显的差异;局部无粘结梁的极限承载力高于完好梁;随着荷载的增加,无粘结梁的承载机理呈现出明显的“拱效应”。通过梁与拱的共同作用,建立了梁端局部无粘结钢筋混凝土梁抗弯承载力计算公式。     

一般大气环境下钢筋锈蚀深度的RBF神经网络预测模型研究

钢筋锈蚀深度预测是评估在役RC结构服役性能的基础。为建立一般大气环境RC构件中钢筋锈蚀深度预测模型,通过收集实测数据,分析影响钢筋锈蚀深度的主要参数及其影响规律,继而基于实测数据建立数值模型和RBF神经网络预测模型,并进行参数敏感性分析。研究结果表明:与数值模型相比,RBF神经网络对钢筋锈蚀深度预测效率与精度更高,能够有效映射各影响参数与钢筋锈蚀深度之间复杂的非线性关系。参数敏感性分析结果显示,钢筋混凝土表面锈胀裂缝宽度对钢筋锈蚀深度影响最大,钢筋直径、保护层厚度与钢筋直径之比和混凝土抗压强度等其他因素影响次之。所得模型可用于工程检测中钢筋锈蚀程度预测与RC构筑物剩余服役寿命评估。     

部分锈蚀钢筋混凝土结构动力特性的数值分析

钢筋的锈蚀将使其有效截面面积减小,并导致钢筋与混凝土间的粘结性能退化,进而对结构的动力特性产生一定影响.采用有限元分析方法,对钢筋发生锈蚀后的钢筋混凝土框架结构的动力性能进行了数值模拟,探讨了钢筋混凝土框架结构在不同位置发生钢筋锈蚀损伤时结构固有频率的变化情况.结果表明:结构的固有频率不仅与钢筋锈蚀程度有关,还与锈损位置密切相关.     

高强钢筋混凝土柱轴心受压承载力可靠度研究

课题组搜集186根高强钢筋混凝土轴压柱的试验数据,得到相关统计参数,选用JC法并利用MATLAB软件编制计算程序迭代求解高强钢筋混凝土柱轴压承载力可靠指标。分析不同荷载组合、钢筋强度、混凝土强度以及配筋率等参数对混凝土柱轴压承载力可靠指标的影响。研究结果表明:高强钢筋混凝土柱轴压承载力可靠指标随计算模式不确定性系数的增大而增大;随着荷载效应比的增大,可靠指标呈现出先增大后减小的趋势;可靠指标随钢筋强度的提高而减小,随混凝土强度提高而增大;随着配筋率的增大,可靠指标逐渐减小,高配筋率对轴压构件不利。     

锈蚀钢筋混凝土框架柱滞回性能的数值模拟研究

以某钢筋混凝土框架柱为例,采用非线性有限元分析软件ABAQUS研究了框架柱在4种不同锈蚀程度(未锈蚀、轻微锈蚀、中等锈蚀和严重锈蚀)下的滞回性能,并与文献中描述的试验结果和框架柱的实际震害进行了对比。研究表明:钢筋锈蚀将导致框架柱的滞回承载力大幅度降低,而且随着锈蚀率的增大,这种承载力降低效应逐渐增强,其中锈蚀引起的钢筋与混凝土之间的粘结性能退化在这种滞回承载力削弱过程中起着重要的作用。就滞回曲线的特点来看,随着钢筋锈蚀程度的增大,框架柱滞回环的饱满程度降低、内缩增加,滞回曲线由弓形逐渐变成反S形,滞回环的包络面积变小,说明框架柱抗震耗能能力降低。     

均布荷载作用下受拉钢筋暴露的简支梁残余承载力分析

利用数值分析方法,详细讨论了在均布荷载作用下受拉钢筋暴露的钢筋混凝土简支梁的工作性能,给出了影响开口梁残余承载力性能的参数及影响大小,并结合理论给出了一些施工建议和要点,为解开口梁在加固过程中残余承载力的变化提供了基础,为合理地选择加固施工方法和技术提供了科学的依据。     

锈蚀钢筋混凝土压弯构件恢复力模型研究

根据目前已有试验资料和理论分析,结合钢筋锈蚀引起结构破坏形态的改变,综合考虑结构各种耐久性损伤因素,并对箍筋锈蚀进行修正,提出了锈蚀钢筋混凝土压弯构件基于地震损伤的恢复力模型的确定方法.通过与现有试验进行对比分析,表明模型描绘的骨架曲线与试验结果总体吻合较好,模型计算的滞回曲线所描述的现象与试验一致,该恢复力模型可在损伤钢筋混凝土结构地震反应分析中采用.     

钢筋混凝土框架抗震结构地震能量分布及耗散研究

基于能量平衡原理,对多层钢筋混凝土框架结构的地震输入能量的分布及耗散规律进行了研究。选用8条天然地震波和2条人工波,运用Perform-3D软件,对多层钢筋混凝土框架结构模型在7度罕遇地震作用下的弹塑性能量进行数值仿真计算。计算了钢混框架结构在不同地震波下的地震总输入能量、滞回耗能、阻尼耗能以及滞回耗能占总耗能的比例时程,分析了地震能量在各分量中的分布及分配规律;分析了阻尼比和延性比对地震输入能量的影响,确定了滞回耗能随阻尼比和延性比的变化规律;研究了钢筋混凝土框架结构梁柱构造和竖向侧移刚度变化对地震输入能及其分量的影响,确定了多层钢筋混凝土框架结构滞回耗能沿竖向的分布规律及沿横向在框架构件中的分配,研究了框架结构存在薄弱层情况下的滞回耗能的分布规律。揭示了多自由度钢筋混凝土框架结构地震输入能量及其分布规律,可为基于能量平衡原理的抗震设计理论在工程实际中的运用提供有益的参考。     

锈蚀钢筋混凝土框架中节点抗剪强度研究

随着服役时间的增长，侵蚀环境下钢筋混凝土框架节点因钢筋发生不同程度的锈蚀而造成承载性能下降，严重影响建筑结构的安全使用。本文在已有钢筋混凝土框架节点抗剪强度理论模型的基础上，考虑钢筋锈蚀对框架节点受力性能的影响，建立锈蚀钢筋混凝土框架中节点受剪承载力计算公式。通过11组锈蚀钢筋混凝土节点试验数据，对建议理论模型进行验证。研究结果表明，锈蚀钢筋混凝土节点受剪承载力试验值与理论计算值之比的平均值为0.951，方差为0.075，二者吻合较好，本文建议的计算方法可用于锈蚀钢筋混凝土框架中节点承载力分析。     

自然腐蚀环境下钢筋混凝土梁疲劳应用性能试验研究

在海岸与近海结构工程中被广泛应用的钢筋混凝土构件,由于长期处在有海水腐蚀、干湿交替和循环荷载的严酷环境中,导致钢筋因侵蚀结构严重损伤。本文对6根钢筋混凝土试验梁进行了腐蚀与循环荷载作用下的疲劳试验研究,循环荷载幅值设计为2%～40%P_u和2%～60%P_u两种,对试验梁在大气环境中、淡水环境中和海水腐蚀环境中疲劳破坏情况进行试验探索,研究在三种环境与循环荷载作用下钢筋混凝土构件的力学性能及刚度损伤演化规律,同时分析了破坏形态、裂缝宽度、挠度的发展规律和疲劳寿命。结果表明:腐蚀与循环荷载共同作用下,短期内腐蚀溶液不会对梁内部钢筋造成显著影响从而降低耐久性;在循环次数达到一定范围内,试验梁耐久性降低42%,其中两个试验梁在循环荷载上限为0.6P_u时的耐久性分别降低54%和37%。     

等同现浇的装配式钢筋混凝土剪力墙抗弯承载力可靠度分析

以收集的国内96片装配式钢筋混凝土剪力墙试验数据为基础,对采用规范中现浇剪力墙抗弯承载力设计公式进行“等同现浇”的装配式剪力墙抗弯承载力设计的可靠性进行评估。分析结果表明：规范中抗弯承载力设计公式用于“等同现浇”的装配式剪力墙抗弯承载力设计具有较高的准确度,但其可靠指标未能满足目标可靠指标[β]=3.7的要求。为了达到目标可靠指标的要求,采用可靠指标调整系数0.95对规范中抗弯承载力设计公式进行修正。经分析,修正后的设计公式用于等同现浇连接的装配式钢筋混凝土剪力墙抗弯承载力设计的可靠指标均值达到3.782 8,满足目标可靠指标[β]=3.7的要求。     

主余震作用下高强钢筋混凝土框架的易损性分析

为研究主余震作用下配置高强钢筋的RC框架结构的抗震性能,根据相同设计指标和"等强代换"的原则,设计了三榀六层四跨的钢筋混凝土框架,纵向受力钢筋的强度等级分别为HRB400、HRB500和HRB600。通过OpenSees平台进行有限元建模,将最大层间位移角作为结构损伤指标,反应地震作用的结构响应。选取15条地震加速度时程,通过重复法构造人工主余震序列并进行IDA分析,得到结构在不同强度的主余震序列作用下的地震易损性曲线。结果表明:主震PGA越大,余震的最大层间位移角越大,结构达到各极限状态的概率越高。对比配置不同钢筋强度的三榀框架的计算结果,可知"等强代换"原则下,相同主余震序列作用时,钢筋强度的提高对结构抗倒塌性能有不利影响,但影响有限。     

基于电化学理论的腐蚀监测技术研究及其在钢混梁中的应用

掌握钢筋腐蚀状态可为结构安全评定及全寿命设计提供科学依据。利用分段法解析腐蚀传感器的恒电流阶跃响应数据,提取腐蚀过程特征参数。采用Sym 4小波分析电化学噪声数据得到判定点蚀发生的能量分布。显示腐蚀后混凝土的电阻量级仅为102Ω.cm2,极化电阻量级为102Ω.cm2,钢筋的腐蚀速率较大;双电层电容量级为10-4F.cm-2;β<1说明CPE项的出现,导致电容表现为非理想电容;σ/Rp≥10-2,说明较长测试时间内扩散起主导作用;腐蚀前EN的能量主要集中在1、2、3晶胞上,而腐蚀发生后EN的能量转移到特征晶胞5、6、7上。本文认为,分段解析恒电流阶跃响应数据能够在时域内准确获取腐蚀过程特征参数;基于小波分析的能量分布方法能够定性判定点蚀的发生;五电极传感器能够准确监测腐蚀过程。     

不同受火方式下混凝土框架结构的变形研究

针对单层框架和三层框架,通过高温数值分析,初步考察了不同受火方式下结构的变形特征。研究发现：①火灾蔓延对结构高温变形影响较大,此时节点的水平位移总体上小于结构全层／全部受火时的相应结果;②受火区间仅对相邻跨或相邻层有一定影响,而对隔跨或隔层影响相对较小;③非对称局部受火情况下,单层框架边节点的水平位移可能比全层受火时更大。     

罕遇地震作用下的框架-摇摆刚架结构体系动力可靠度研究

针对钢筋混凝土框架结构的受力特点,采用增设摇摆刚架的抗震设计方法,以提高罕遇地震下建筑结构的安全性。建立了框架一摇摆刚架结构体系的计算模型,结合状态空间法与虚拟激励法,求解结构的平稳随机响应,并根据计算所得随机响应对框架一摇摆刚架体系的动力可靠度进行分析。以西部地区某已建成的6层框架结构为算例,探讨了罕遇地震作用下不同刚度比的摇摆刚架对新结构体系动力可靠度的影响。结果表明,通过增设不同刚度比的摇摆刚架,可以有效协调结构体系的变形模式,充分发挥结构的耗能能力,降低整体结构的条件失效概率。