環(huán)境-荷載耦合作用下鋼筋混凝土銹裂行為的多尺度分析.pdf

1、混凝土耐久性失效最主要原因是鋼筋銹蝕，鋼筋銹蝕產(chǎn)物體積膨脹，擠壓周圍混凝土，導(dǎo)致混凝土保護(hù)層受拉開裂。保護(hù)層一旦開裂，環(huán)境中的有害介質(zhì)經(jīng)銹脹裂縫直接侵入到鋼筋表面，鋼筋銹蝕速度將會(huì)加劇，嚴(yán)重威脅結(jié)構(gòu)使用安全。因此，研究鋼筋銹蝕引起的鋼筋保護(hù)層開裂，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的使用安全評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)有著重要的意義。
　　眾所周知混凝土材料是一種多相復(fù)合材料，具有多尺度特征，且在實(shí)際工程中，構(gòu)件大都是負(fù)載服役的，基于此，本文采用試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬的

2、方法，從多個(gè)尺度層次對(duì)持續(xù)彎曲荷載和氯鹽侵蝕環(huán)境耦合作用下鋼筋銹蝕導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開裂問題進(jìn)行了初步的探索與研究。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)自行設(shè)計(jì)持續(xù)荷載加載裝置，采用“電滲-恒電流-干濕循環(huán)”加速銹蝕方法，對(duì)不同彎曲荷載作用下鋼筋混凝土試件進(jìn)行加速銹蝕試驗(yàn)，從多個(gè)尺度分析了氯鹽環(huán)境中彎曲荷載對(duì)試件腐蝕的影響。
　　結(jié)果表明:
　　(a)彎曲荷載與氯鹽環(huán)境耦合會(huì)加速梁內(nèi)鋼筋銹蝕，影響裂縫分布;
　　(

3、b)彎曲荷載與氯鹽環(huán)境耦合造成梁的承載力下降，剛度提升，且隨著彎曲荷載增大變化越明顯。
　　(2)在微觀分子尺度對(duì)鋼筋銹蝕問題進(jìn)行初步探索研究，將分子動(dòng)力學(xué)模擬方法引入到鋼筋混凝土耐久性研究當(dāng)中，采用反應(yīng)力場(chǎng)ReaxFF模擬研究了拉伸荷載和氯離子侵蝕耦合作用對(duì)鋼筋表面鈍化膜破壞以及鋼筋氧化程度的影響。分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果表明:氯離子與拉伸荷載耦合會(huì)加速鋼筋表面鈍化膜結(jié)構(gòu)破壞，加深鋼筋鐵基體的氧化程度。
　　(3)基于蒙特卡羅法

4、在MATLAB軟件中編寫混凝土隨機(jī)骨料模型代碼，結(jié)合有限元軟件建立混凝土細(xì)觀模型。通過二維鋼筋混凝土細(xì)觀模型，數(shù)值分析鋼筋銹蝕膨脹導(dǎo)致混凝土開裂過程。數(shù)值模擬求出了混凝土表面開裂時(shí)鋼筋銹蝕率，發(fā)現(xiàn)骨料與砂漿界面層是混凝土中最薄弱部位，易產(chǎn)生內(nèi)部損傷。
　　(4)基于混凝土細(xì)觀數(shù)值模型，利用均勻性理論求出混凝土的等效彈性模量，帶入鋼筋混凝土宏觀數(shù)值模型中，采用鋼筋線性溫度膨脹模擬鋼筋不均勻銹脹方法，數(shù)值分析彎曲荷載和銹脹力耦合對(duì)梁受