鋼筋混凝土受彎構(gòu)件開裂性能及耐久性能研究.pdf

1、本文以我國《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》最新一輪的修訂工作為背景,以構(gòu)件層面的耐久性研究為基礎,在綜合考慮荷載、環(huán)境等因素作用下,對混凝土構(gòu)件的受彎開裂性能、鋼筋銹蝕開展機理、保護層銹脹開裂過程以及結(jié)構(gòu)耐久性評估與設計方法等方面內(nèi)容進行探討,相關(guān)研究結(jié)論可為規(guī)范耐久性設計方面內(nèi)容的充實與完善提供一定參考。
　　 本文主要進行了以下研究:
　　 1、在分析了受彎橫向裂縫的開展機理及其主要影響因素的基礎上,對氯離子侵蝕環(huán)境下橫向裂縫

2、對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響與特點進行了探討。主要包括兩個方面:一是裂縫對氯離子侵入混凝土的影響;二是裂縫對混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕的影響;并進一步分析了鋼筋銹蝕引起的縱向裂縫對保護層脹裂、剝落等的影響;相關(guān)內(nèi)容為混凝土構(gòu)件的受彎性能試驗以及耐久性侵蝕試驗的設計奠定了基礎。
　　 2、鑒于新修訂規(guī)范中即將納入500級鋼筋,對配置HRB500級鋼筋的混凝土梁開展受彎性能試驗研究,重點探討了正常使用狀態(tài)下該類構(gòu)件的平均裂縫間距、短期最大裂縫寬度

3、以及撓度的變化趨勢,同時與現(xiàn)行GB50010規(guī)范公式計算結(jié)果相比較,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行規(guī)范中的短期最大裂縫寬度計算公式不適用于500級鋼筋混凝土梁;最后,借助數(shù)理統(tǒng)計和概率分析,提出了相應的修正建議。
　　 3、基于粘結(jié)-滑移理論,在綜合考慮混凝土拉伸硬化效應以及材料非線性本構(gòu)關(guān)系的基礎上,建立了開裂鋼筋混凝土梁構(gòu)件受彎性能分析的數(shù)值計算模型,并采用MATLAB語言進行編程實現(xiàn);通過將數(shù)值模型計算結(jié)果與試驗結(jié)果之間的對比分析,驗證了數(shù)值計

4、算模型的可行性和有效性,為開裂鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度、剛度分析提供了一種有效的計算方法。
　　 4、以保護層厚度、裂縫開展參數(shù)(寬度和間距)為設計變量,對持續(xù)加載開裂狀態(tài)下的8根混凝土梁構(gòu)件進行氯鹽溶液干濕循環(huán)試驗,通過無損檢測技術(shù)(半電池電位法、線性極化法等)和破損檢驗方法,討論了保護層厚度和裂縫開展參數(shù)對鋼筋銹蝕的影響,驗證了用單位長度內(nèi)的平均裂縫寬度和保護層厚度的比值作為評價開裂混凝土構(gòu)件耐久性退化的分析指標是合理的,相關(guān)

5、結(jié)論可為結(jié)構(gòu)設計提供參考。
　　 5、以鋼筋均勻銹蝕為前提,考慮銹蝕產(chǎn)物的變形特性以及銹脹裂縫開展過程中銹蝕產(chǎn)物進入裂縫的實際情況,借助彈性力學和Faraday腐蝕定律,建立混凝土保護層銹脹開裂時刻的鋼筋銹蝕率以及銹脹開裂時間的理論計算公式;與試驗結(jié)果對比分析表明,計算公式的預測結(jié)果較為理想。最后,借助MonteCarlo模擬技術(shù)以及X2檢驗方法,對銹脹開裂時間進行了概率分析。
　　 6、通過對氯化物侵蝕環(huán)境下RC結(jié)構(gòu)性

6、能劣化的全過程分析,提出了三級耐久性極限狀態(tài)設置條件,即銹蝕條件、開裂條件和倒塌條件。結(jié)合概率分析方法,建立了不同極限狀態(tài)條件對應的結(jié)構(gòu)耐久壽命預測模型,并結(jié)合實際工程,對耐久壽命預測模型進行了應用分析;最后提出了考慮耐久性、抗裂性以及抗火性等要求的保護層厚度優(yōu)化設計方法,相關(guān)內(nèi)容可為工程結(jié)構(gòu)耐久性設計和評估提供依據(jù)。
　　 本文得到國家自然科學基金重點課題“氯鹽侵蝕環(huán)境的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計與評估基礎理論研究”(5053807