環(huán)境和荷載作用下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)變率效應(yīng)研究.pdf

1、加載速率和環(huán)境作用很大程度上影響著鋼筋混凝土材料的本構(gòu)關(guān)系。鋼筋混凝土材料的精細化建模對于準確把握復(fù)雜環(huán)境作用下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能評估與全壽命安全性設(shè)計具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。本文主要研究了環(huán)境和長期荷載作用下鋼筋混凝土構(gòu)件的應(yīng)變率效應(yīng),進行了考慮應(yīng)變率效應(yīng)的鋼筋混凝土框架動力推覆分析,研究了外界環(huán)境對混凝土碳化進程的影響,并在此基礎(chǔ)上實驗和數(shù)值模擬研究了鋼筋銹蝕對鋼筋混凝土框架動力性能的影響,主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面

2、:
　　(1)基于考慮粘滯阻尼的梁的彎曲運動偏微分方程,給出了梁式構(gòu)件三點彎曲振動時跨中截面應(yīng)變率和彈性模量的表達式,并實驗研究了素/鋼筋混凝土梁彎曲振動時跨中最大應(yīng)變率與動態(tài)彈性模量的關(guān)系,然后通過實驗結(jié)果擬合出了素/鋼筋混凝土梁彈性模量增長因子的表達式。由擬合曲線和其他模型對比可知:在應(yīng)變率梯度存在下,用最大應(yīng)變率作為代表值來分析混凝土的應(yīng)變率效應(yīng),其應(yīng)變率效應(yīng)是有一定程度降低的。另外通過柱的軸心動態(tài)抗壓實驗,研究了混凝土的應(yīng)

3、變率效應(yīng)對混凝土強度和變形的影響,并討論了試驗機剛度、慣性效應(yīng)對實驗結(jié)果的影響。實驗研究表明:剛性元件的使用改善了試件應(yīng)變率的穩(wěn)定性,慣性效應(yīng)在地震作用應(yīng)變率范圍內(nèi)可以忽略。
　　(2)實驗對比研究了硫酸鈉侵蝕(120天劣化周期)與未腐蝕混凝土圓柱的應(yīng)變率效應(yīng),分析了該效應(yīng)對侵蝕與未侵蝕混凝土的抗壓強度、峰值應(yīng)變、彈性模量和吸能能力的影響,并且進行了基于破壞特征的機理分析。研究表明:硫酸鈉侵蝕導(dǎo)致混凝土材料抗壓強度和峰值應(yīng)變的率敏

4、感性增強。另外利用ABAQUS有限元軟件數(shù)值模擬實現(xiàn)了鋼筋和混凝土材料本構(gòu)關(guān)系的應(yīng)變率效應(yīng),并基于實驗數(shù)據(jù)進行了考慮應(yīng)變率效應(yīng)的鋼筋混凝土框架動態(tài)推覆分析,研究了應(yīng)變率效應(yīng)和硫酸鈉侵蝕對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)能力曲線的影響。研究表明:考慮應(yīng)變率效應(yīng)以后,結(jié)構(gòu)屈服段的基底剪力幅值明顯變大。
　　(3)通過對相似比為1:2鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)件進行長達1年的收縮和徐變變形測試,探討了現(xiàn)行 CEB規(guī)范推薦收縮、徐變公式對鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)件的

5、適用性。實驗研究表明:鋼筋混凝土剪力墻在厚度方向上收縮、徐變變形不一致,剪力墻試件在加載100天后的收縮、徐變變形依然非常明顯。另外研究了不同環(huán)境相對濕度和配筋率對鋼筋混凝土柱收縮、徐變變形的影響。實驗研究表明:環(huán)境相對濕度和配筋率對混凝土收縮、徐變變形影響顯著,環(huán)境相對濕度和配筋率的提高都對混凝土徐變變形的發(fā)展有抑制作用,加載時間越長,其影響越明顯。
　　(4)對某實際腐蝕橋梁取樣進行碳化深度測試和分析。修正了以往的擴散-反應(yīng)碳

6、化模型,提出了考慮風(fēng)環(huán)境作用的滲透-反應(yīng)碳化模型。用自回歸模型產(chǎn)生了不同平均風(fēng)速、不同湍流強度的脈動風(fēng),數(shù)值模擬對比研究了碳化全過程中擴散和滲透引起的混凝土碳化速率。研究表明:強風(fēng)地區(qū)建筑物的碳化深度預(yù)測必須考慮風(fēng)環(huán)境的影響,否則容易低估混凝土結(jié)構(gòu)的碳化深度。
　　(5)設(shè)計制作了兩根鋼筋混凝土柱和3個鋼筋混凝土框架,并對鋼筋混凝土柱及框架進行了電化學(xué)加速銹蝕,實驗研究了銹蝕對鋼筋力學(xué)性能和框架一階頻率的影響。研究表明:銹蝕會降低