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(xì)化建模對(duì)于準(zhǔn)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(píng)估與全壽命安全性設(shè)計(jì)具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文主要研究了環(huán)境和長(zhǎng)期荷載作用下鋼筋混凝土構(gòu)件的應(yīng)變率效應(yīng),進(jìn)行了考慮應(yīng)變率效應(yīng)的鋼筋混凝土框架動(dòng)力推覆分析,研究了外界環(huán)境對(duì)混凝土碳化進(jìn)程的影響,并在此基礎(chǔ)上實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究了鋼筋銹蝕對(duì)鋼筋混凝土框架動(dòng)力性能的影響,主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面

2、:
　　(1)基于考慮粘滯阻尼的梁的彎曲運(yùn)動(dòng)偏微分方程,給出了梁式構(gòu)件三點(diǎn)彎曲振動(dòng)時(shí)跨中截面應(yīng)變率和彈性模量的表達(dá)式,并實(shí)驗(yàn)研究了素/鋼筋混凝土梁彎曲振動(dòng)時(shí)跨中最大應(yīng)變率與動(dòng)態(tài)彈性模量的關(guān)系,然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合出了素/鋼筋混凝土梁彈性模量增長(zhǎng)因子的表達(dá)式。由擬合曲線和其他模型對(duì)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(lái)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(guò)柱的軸心動(dòng)態(tài)抗壓實(shí)驗(yàn),研究了混凝土的應(yīng)

3、變率效應(yīng)對(duì)混凝土強(qiáng)度和變形的影響,并討論了試驗(yàn)機(jī)剛度、慣性效應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)對(duì)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(duì)侵蝕與未侵蝕混凝土的抗壓強(qiáng)度、峰值應(yīng)變、彈性模量和吸能能力的影響,并且進(jìn)行了基于破壞特征的機(jī)理分析。研究表明:硫酸鈉侵蝕導(dǎo)致混凝土材料抗壓強(qiáng)度和峰值應(yīng)變的率敏

4、感性增強(qiáng)。另外利用ABAQUS有限元軟件數(shù)值模擬實(shí)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了考慮應(yīng)變率效應(yīng)的鋼筋混凝土框架動(dòng)態(tài)推覆分析,研究了應(yīng)變率效應(yīng)和硫酸鈉侵蝕對(duì)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(guò)對(duì)相似比為1:2鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)件進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)1年的收縮和徐變變形測(cè)試,探討了現(xiàn)行 CEB規(guī)范推薦收縮、徐變公式對(duì)鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)件的

5、適用性。實(shí)驗(yàn)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(duì)濕度和配筋率對(duì)鋼筋混凝土柱收縮、徐變變形的影響。實(shí)驗(yàn)研究表明:環(huán)境相對(duì)濕度和配筋率對(duì)混凝土收縮、徐變變形影響顯著,環(huán)境相對(duì)濕度和配筋率的提高都對(duì)混凝土徐變變形的發(fā)展有抑制作用,加載時(shí)間越長(zhǎng),其影響越明顯。
　　(4)對(duì)某實(shí)際腐蝕橋梁取樣進(jìn)行碳化深度測(cè)試和分析。修正了以往的擴(kuò)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(qiáng)度的脈動(dòng)風(fēng),數(shù)值模擬對(duì)比研究了碳化全過(guò)程中擴(kuò)散和滲透引起的混凝土碳化速率。研究表明:強(qiáng)風(fēng)地區(qū)建筑物的碳化深度預(yù)測(cè)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(jì)制作了兩根鋼筋混凝土柱和3個(gè)鋼筋混凝土框架,并對(duì)鋼筋混凝土柱及框架進(jìn)行了電化學(xué)加速銹蝕,實(shí)驗(yàn)研究了銹蝕對(duì)鋼筋力學(xué)性能和框架一階頻率的影響。研究表明:銹蝕會(huì)降低