復(fù)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(huì)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(yán)重的原因是氯化物侵蝕引起的銹蝕。當(dāng)環(huán)境中的氯離子通過(guò)混凝土自身裂縫到達(dá)鋼筋表面與鐵發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生銹蝕產(chǎn)物并繼續(xù)堆積膨脹引起混凝土保護(hù)層開(kāi)裂，開(kāi)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(guò)程有著重大的現(xiàn)實(shí)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(hù)層銹脹開(kāi)裂的過(guò)程。主要的研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)在細(xì)觀層面上對(duì)鋼筋混凝土銹脹開(kāi)裂的過(guò)程進(jìn)行了模擬?；炷猎诩?xì)觀層面上是一種由骨料、砂漿以及連接兩者之間界面過(guò)渡區(qū)組成的有復(fù)雜力學(xué)性質(zhì)的非均勻準(zhǔn)脆性材料。為表現(xiàn)其細(xì)觀特性，本文根據(jù)蒙特卡羅法利用MATLAB軟件編寫(xiě)代碼生成隨機(jī)骨料模型，導(dǎo)入有限元軟件中建立混凝土細(xì)觀模型?；贏BAQUS軟件中的脆性開(kāi)裂模型模擬了鋼筋混凝土的銹裂過(guò)程。結(jié)果顯示脆性

3、開(kāi)裂模型可以模擬生成真實(shí)的裂縫圖，較為直觀的顯示銹脹裂縫的產(chǎn)生、擴(kuò)展情況，更加真實(shí)的反映鋼筋混凝土的銹裂行為。鋼筋混凝土銹脹開(kāi)裂演化的過(guò)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(guò)脆弱的界面層繞過(guò)骨料，向保護(hù)層邊緣擴(kuò)展，最終貫通保護(hù)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(chǎng)使鋼筋膨脹模擬銹脹力，同時(shí)

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(guò)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(yuǎn)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(huì)急劇增加，與實(shí)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(yán)重，鋼筋更容易銹蝕，銹脹裂紋更容易向下擴(kuò)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(hù)層開(kāi)裂。與試驗(yàn)結(jié)果比較一致。
　　(3)在宏觀層面上同時(shí)進(jìn)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(shí)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(yán)重，有著自下而上、自跨中到兩邊的傳播趨勢(shì)。由于荷載以疲勞的方式進(jìn)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(yán)重，在產(chǎn)生初始損傷后，很快整個(gè)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(dú)銹脹荷載的施加，耦合作用