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文檔簡介
1、氯鹽侵蝕是導致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)服役性能劣化的重要原因。荷載作用及混凝土裂縫對氯離子的侵蝕有顯著影響,研究氯離子在受荷載或開裂混凝土內(nèi)的傳輸機理,以及鋼筋混凝土銹脹開裂進程,對準確預測鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的服役壽命具有十分重要的意義?;炷两Y(jié)構(gòu)壽命分為三個階段:誘導期、發(fā)展期和破壞期。本文以此主線,重點研究了荷載和混凝土裂縫在誘導期的影響機理,建立了發(fā)展期鋼筋混凝土銹脹預測模型。主要研究工作如下:
(1)設計了一種鋼筋混凝土梁的持續(xù)
2、加載裝置,對施加不同荷載的普通混凝土梁和摻礦粉混凝土梁進行氯鹽溶液浸泡試驗,分析了荷載作用和混凝土氯離子結(jié)合能力對氯離子傳輸?shù)挠绊?。提出了荷載影響氯離子擴散的影響系數(shù)模型,確定了模型中的參數(shù),并引入氯離子結(jié)合系數(shù)和溫度影響系數(shù),修正了Fick第二定律的解析解模型。該修正模型的計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合,可以用來預測浸泡和荷載作用下混凝土中氯離子的傳輸。
(2)將干濕循環(huán)過程氯離子傳輸?shù)尿?qū)動力分解為對流和擴散作用,考慮水分在干燥
3、和濕潤過程中擴散系數(shù)的差異,分別建立了水分擴散系數(shù)與飽和度的關(guān)系,并考慮氯離子結(jié)合、溫度影響和荷載影響系數(shù),建立了干濕循環(huán)和荷載作用下氯離子的傳輸模型,編制了相應的Matlab程序求解了氯離子在混凝土中的傳輸方程。為了準確控制干濕循環(huán)過程的干濕制度和干燥過程邊界條件,設計加工了全自動干濕循環(huán)試驗系統(tǒng),結(jié)合人工模擬環(huán)境試驗箱,對干濕循環(huán)和荷載作用下的混凝土梁進行了試驗研究。數(shù)值結(jié)果與試驗結(jié)果的對比驗證了數(shù)值模型的可靠性,較好地反映了拉、壓
4、荷載對氯離子傳輸?shù)挠绊憽?br> (3)通過分析裂縫中氯離子的傳輸機理,建立了浸泡條件下開裂混凝土氯離子傳輸?shù)碾p重孔隙介質(zhì)模型,提出了制作帶有真實裂縫試件的方法和有效測定裂縫周圍氯離子濃度的方法,對開裂混凝土氯離子傳輸規(guī)律進行了試驗研究,驗證了所建立的理論模型。
(4)采用離散裂縫模型可以較好地反映裂縫周圍氯離子的濃度分布,以及對鋼筋局部脫鈍銹蝕帶來的影響。通過將流體力學和毛細力學理論分別用于描述水分在裂縫中的傳輸和
5、混凝土裂縫壁面對水分的毛細吸收作用,建立了干濕循環(huán)作用下開裂混凝土裂縫區(qū)域的氯離子傳輸模型。對干濕循環(huán)條件下開裂混凝土氯離子傳輸進行了試驗研究,并采用電子探針的能譜分析技術(shù)測定了混凝土開裂區(qū)的氯離子濃度。結(jié)果發(fā)現(xiàn),混凝土裂縫中存在氯離子濃度梯度,對流區(qū)深度大約在20mm~40mm之間,數(shù)值計算結(jié)果較好地反映了這一特點,并且試驗數(shù)據(jù)與計算結(jié)果吻合良好。參數(shù)分析發(fā)現(xiàn),裂縫寬度、裂縫粗糙度、裂縫長寬比及干燥過程邊界條件影響著裂縫中氯離子的濃度
6、分布。
(5)基于混凝土各向異性損傷和混凝土的損傷軟化,考慮了腐蝕產(chǎn)物和鋼筋的彈性力學性能,以及腐蝕產(chǎn)物對鋼筋-混凝土界面過渡區(qū)孔隙和混凝土開裂裂縫的填充效應,建立了鋼筋-腐蝕產(chǎn)物-混凝土三相介質(zhì)模型。采用直接在混凝土截面上粘貼應變片的方法,測定了鋼筋銹蝕過程中混凝土內(nèi)應變的變化,建立銹蝕率與混凝土應變的對應關(guān)系,將模型計算結(jié)果與試驗結(jié)果進行比對,發(fā)現(xiàn)模型可以較好地預測混凝土的開裂時間,確定了混凝土環(huán)向應變是評價混凝土開裂
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