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(shè)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(chǔ),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(jī)理、保護(hù)層銹脹開裂過程以及結(jié)構(gòu)耐久性評估與設(shè)計方法等方面內(nèi)容進(jìn)行探討,相關(guān)研究結(jié)論可為規(guī)范耐久性設(shè)計方面內(nèi)容的充實(shí)與完善提供一定參考。
　　 本文主要進(jìn)行了以下研究:
　　 1、在分析了受彎橫向裂縫的開展機(jī)理及其主要影響因素的基礎(chǔ)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(diǎn)進(jìn)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(jìn)一步分析了鋼筋銹蝕引起的縱向裂縫對保護(hù)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(yàn)以及耐久性侵蝕試驗(yàn)的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。
　　 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(yàn)研究,重點(diǎn)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(yīng)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(yīng)以及材料非線性本構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)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(jìn)行編程實(shí)現(xiàn);通過將數(shù)值模型計算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果之間的對比分析,驗(yàn)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(hù)層厚度、裂縫開展參數(shù)(寬度和間距)為設(shè)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(jìn)行氯鹽溶液干濕循環(huán)試驗(yàn),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(yàn)方法,討論了保護(hù)層厚度和裂縫開展參數(shù)對鋼筋銹蝕的影響,驗(yàn)證了用單位長度內(nèi)的平均裂縫寬度和保護(hù)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(biāo)是合理的,相關(guān)

5、結(jié)論可為結(jié)構(gòu)設(shè)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(jìn)入裂縫的實(shí)際情況,借助彈性力學(xué)和Faraday腐蝕定律,建立混凝土保護(hù)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(yàn)結(jié)果對比分析表明,計算公式的預(yù)測結(jié)果較為理想。最后,借助MonteCarlo模擬技術(shù)以及X2檢驗(yàn)方法,對銹脹開裂時間進(jìn)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(shè)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(yīng)的結(jié)構(gòu)耐久壽命預(yù)測模型,并結(jié)合實(shí)際工程,對耐久壽命預(yù)測模型進(jìn)行了應(yīng)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(hù)層厚度優(yōu)化設(shè)計方法,相關(guān)內(nèi)容可為工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計和評估提供依據(jù)。
　　 本文得到國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)課題“氯鹽侵蝕環(huán)境的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與評估基礎(chǔ)理論研究”(5053807