在役鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的性能退化與抗震性能評估.pdf

1、混凝土中的鋼筋銹蝕問題日益突出，銹蝕使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的性能逐漸退化，考慮銹蝕損傷對在役結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行評估對于減輕地震災(zāi)害具有重大的實際意義。為此，論文采用試驗研究、有限元模擬與理論分析相結(jié)合的方法，對鋼筋銹蝕引起的結(jié)構(gòu)性能退化與在役損傷結(jié)構(gòu)的抗震性能評估進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 從鋼筋銹蝕對混凝土保護(hù)層約束力與鋼筋表面狀況的影響入手，通過理論分析，提出了鋼筋銹脹力和保護(hù)層最大剩余約束力的確定方法；基于現(xiàn)有的試驗研究，給出了銹蝕鋼筋

2、表面摩擦系數(shù)以及膠著與咬合綜合作用力的取值；對銹蝕鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用機理進(jìn)行了力學(xué)分析，建立了能夠綜合考慮鋼筋銹蝕程度、保護(hù)層厚度、鋼筋直徑、混凝土強度、鐵銹體積膨脹率的極限粘結(jié)強度模型，模型分析結(jié)果與試驗吻合較好。 對銹蝕無粘結(jié)鋼筋混凝土受彎構(gòu)件進(jìn)行了模擬試驗與有限元分析，系統(tǒng)分析了嚴(yán)重銹蝕混凝土構(gòu)件中鋼筋應(yīng)力水平的主要影響因素；結(jié)果表明，截面配筋指標(biāo)可綜合反映混凝土強度和截面配筋率對受拉鋼筋應(yīng)力水平的影響；并建立了基于截

3、面配筋指標(biāo)的受拉鋼筋強度利用系數(shù)計算公式。在此基礎(chǔ)上，對一般銹蝕鋼筋混凝土梁抗彎承載力的退化機理進(jìn)行了深入分析，綜合考慮鋼筋銹蝕程度和截面配筋指標(biāo)的影響，提出了概念明確、通用性強的抗彎承載力計算方法，并與大量試驗結(jié)果進(jìn)行了分析對比，吻合較好。 分析了銹蝕鋼筋混凝土梁抗彎剛度的影響因素，明確了銹蝕引起粘結(jié)力退化使裂縫間受拉鋼筋應(yīng)變趨于均勻和鋼筋應(yīng)變與混凝土應(yīng)變不協(xié)調(diào)是影響銹蝕混凝土梁抗彎剛度計算模型建立的關(guān)鍵因素；拋棄傳統(tǒng)的平截面

4、假定，采用剛度解析法對粘結(jié)力退化后構(gòu)件截面剛度進(jìn)行了理論分析，采用綜合應(yīng)變系數(shù)考慮裂縫間鋼筋應(yīng)變趨于均勻和應(yīng)變不協(xié)調(diào)的影響，建立了銹蝕鋼筋混凝土梁抗彎剛度的計算模型，并通過有限元數(shù)值分析，確定了綜合應(yīng)變系數(shù)與粘結(jié)強度退化系數(shù)的關(guān)系；模型計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。 考慮到在役結(jié)構(gòu)的后續(xù)使用期往往小于其設(shè)計使用期，提出應(yīng)按照與結(jié)構(gòu)原設(shè)計等地震風(fēng)險水平的原則確定在役結(jié)構(gòu)評估用抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范的抗震設(shè)防水平，分析給出了不同

5、后續(xù)使用期內(nèi)結(jié)構(gòu)評估用三水準(zhǔn)烈度、評估用地震加速度和評估用地震影響系數(shù)的取值方法。為便于在役結(jié)構(gòu)的隨機地震反應(yīng)分析，提出了基于現(xiàn)行抗震設(shè)計規(guī)范的隨機地震動模型參數(shù)確定方法。 針對鋼筋銹蝕不確定性較大而難以建立概率模型的現(xiàn)狀，將區(qū)間分析方法引入在役銹損結(jié)構(gòu)抗震可靠性評估，采用區(qū)間數(shù)描述結(jié)構(gòu)的銹蝕損傷程度，并給出了結(jié)構(gòu)銹蝕損傷程度的區(qū)間預(yù)測模型，提出了在役銹損結(jié)構(gòu)抗震可靠性的區(qū)間分析方法。綜合考慮在役結(jié)構(gòu)的性能退化和后續(xù)使用期縮短對