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《浙江大学》 2011年
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锈蚀钢筋与混凝土界面行为研究

胡秉偃  
【摘要】:在筋混凝土结构中,从钢筋脱钝至钢筋锈蚀导致混凝土保护层表面开裂这个过程对混凝土结构的使用性能和寿命有着重要的影响,混凝土表面开裂会加剧结构劣化;但目前已取得的研究成果尚无法全面揭示混凝土结构锈裂全过程的机理,也无法准确预测混凝土表面锈裂时刻。因此本文以混凝土结构锈裂过程为研究主线,以试验研究和数值模拟相结合为研究手段,对锈裂过程中钢筋/混凝土界面行为进行深入研究,实现对该过程中钢筋/混凝土界面行为的机理描述。本文的研究对于完善混凝土结构耐久性分析理论体系具有重要的作用,对实际混凝土工程锈裂过程的预测也具有重要的应用价值。本文的主要研究内容如下: (1)采用电化学加速锈蚀法对钢筋混凝土试件进行加速锈蚀后,通过扭转试验测定了不同锈蚀量下钢筋与混凝土环向粘结应力,建立了钢筋与混凝土环向粘结剪应力随着锈蚀量变化的关系。 (2)对干湿循环人工环境中放置达两年的钢筋混凝土试块进行切片,制作钢筋锈层观测样本,并利用数码显微镜测量了锈蚀钢筋与混凝土交界面非均匀锈层的厚度变化情况。建立了基于极坐标系统下高斯分布描述的钢筋非均匀锈层厚度模型,并提出了描述锈层非均匀分布特征的三个参数:锈层非均匀系数,锈蚀扩展系数和锈层均匀系数。根据高斯模型的回归数据建立了锈层非均匀系数与锈蚀率之间的线性关系,以及锈层均匀系数与锈层最小厚度之间的线性关系;并对锈胀开裂不同阶段锈峰出现的位置进行了讨论。 (3)通过在钢筋与混凝土交界面上施加节点位移,利用有限元分别模拟了混凝土试件在均匀和非均匀钢筋锈蚀作用下的锈胀开裂过程。数值模拟结果中裂缝的开展形态与试件的实际开裂形态结果非常吻合,说明本研究所提出的非均匀锈层解析模型能够较为准确的描述锈蚀钢筋周围锈层的分布情况,同时也说明采用有限元方法模拟混凝土试件锈裂过程是完全可行的。另外,有限元模拟得出的应力场演变过程、钢筋锈胀力分布和裂缝开展过程都是在试验中很难测出的重要信息,有限元模拟的结果弥补了混凝土构件锈蚀胀裂试验结果中的不足。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU375

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