受腐蚀钢筋混凝土墩柱的性能退化研究-结构工程专业论文.docx

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受腐蚀钢筋混凝土墩柱的性能退化研究-结构工程专业论文

上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许 论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编本学位论文。必威体育官网网址□,在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于不必威体育官网网址□。(请在以上方框内打“√”):日期:年月日日期:年月日导教师签名:学位论文作者签名指受腐蚀钢筋混凝土墩柱的性能退化研究摘 要海工混凝土结构因处于氯离子浓度高的环境中且预期使用年限长, 在服役过程中可能会受到不同程度的锈蚀损伤而导致性能退化,性能变 化之后的结构在外荷载作用下可能会脱离预期要求而造成严重的危害, 故研究受腐蚀钢筋混凝土墩柱性能退化具有重要的工程意义。本文通过 制作 8 根混凝土墩柱试件,试验研究了腐蚀钢筋混凝土墩柱承受不同形 式荷载作用下的性能变化,并基于扩展有限元法(XFEM)和混凝土黏聚 力模型运用软件 ABAQUS 对钢筋非均匀锈蚀膨胀保护层混凝土锈胀开裂 的过程进行了数值模拟,研究初始损伤裂缝、混凝土强度、保护层厚度 及钢筋直径对保护层内裂纹萌生、扩展及混凝土力学性能的影响,通过 试验和数值分析研究,得出以下主要结论:(1) 水平荷载往复作用下,钢筋锈蚀对墩柱的开裂荷载基本没有影 响,而对墩柱的屈服强度和极限强度有一定影响,较小锈蚀率对试件的 极限承载能力影响不明显;锈蚀率较大的试件降低程度相当显著,纵筋 锈蚀率 7.16%、箍筋锈蚀率 18.27%的试件平均承载能力降低了 11.5%, 纵筋锈蚀率为 8.00%、8.41%、7.96%,箍筋未锈的试件,其对应的平均 极限承载能力分别下降了 8.3%、8.3%和 6.7%。(2) 水平往复荷载作用下墩柱的荷载-位移曲线在正、负方向上呈不对称状,而同一试件中,纵筋锈蚀严重一侧的屈服荷载与极限荷载较另 一侧更高,甚至与未锈蚀试件的承载能力相当,主要是钢筋锈蚀不均匀 和螺旋箍筋共同作用的结果。(3) 钢筋锈蚀使墩柱提早进入屈服,而箍筋良好的约束作用使墩柱极 限位移基本保持不变,故在一定锈蚀程度内,钢筋锈蚀能较大程度地提 升螺旋箍筋墩柱的延性;但降低了滞回耗能能力,锈蚀率越大,降低越I明显,特别是纵筋(7.16%)、箍筋(18.27%)均锈蚀严重的试件,其耗能能力较未锈蚀试件下降了 16.7%。(4) 轴向重复荷载快速加载作用对腐蚀墩柱性能没有显著影响,而保 护层混凝土锈胀开裂导致钢筋、混凝土之间应变不协调。(5) 采用 XFEM 与混凝土黏聚力本构模型能有效模拟保护层锈胀开 裂的全过程而避免网格重划分,并且初始损伤裂纹的存在改变了混凝土 内裂纹萌生的机理,抑制了内裂纹的萌生,却加速了裂纹开展贯穿保护 层。(6) 初始无损伤结构最终裂纹扩展贯穿保护层是锈胀位移和锈蚀产 物渗入裂缝产生作用力共同作用的结果,且裂纹萌生基本对称分布于 (-20°,-45°)或者(20°,45°),扩展角最终趋于 120°,与试验观测结果基本 吻合。关键词:混凝土墩柱,腐蚀,耐久性,裂缝,XFEMIIDEGRADATION OF CAPACITY OF THE CORRODED REINFORCED CONCRETE COLUMNSABSTRACTBecause of chloride ion and long expected service life, Marine concrete structures in the long term service process will suffer to different degrees of corrosion damage, leading to deterioration of performance. Damaged structures may deviate from the expected requirement under the action of loads and cause serious harm. It’s great value to research the degradation of capacity of corroded reinforced concrete structures. A total of eight specimens were experimentally investigated for study the influence of corrosion rate and axial repeated load to the performance of reinforced concrete colu

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