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钢筋混凝土受弯构件开裂性能及耐久性能研究

陆春华  
【摘要】:本文以我国《混凝土结构设计规范》最新一轮的修订工作为背景,以构件层面的耐久性研究为基础,在综合考虑荷载、环境等因素作用下,对混凝土构件的受弯开裂性能、钢筋锈蚀开展机理、保护层锈胀开裂过程以及结构耐久性评估与设计方法等方面内容进行探讨,相关研究结论可为规范耐久性设计方面内容的充实与完善提供一定参考。 本文主要进行了以下研究: 1、在分析了受弯横向裂缝的开展机理及其主要影响因素的基础上,对氯离子侵蚀环境下横向裂缝对混凝土结构耐久性的影响与特点进行了探讨。主要包括两个方面:一是裂缝对氯离子侵入混凝土的影响;二是裂缝对混凝土内钢筋锈蚀的影响;并进一步分析了钢筋锈蚀引起的纵向裂缝对保护层胀裂、剥落等的影响;相关内容为混凝土构件的受弯性能试验以及耐久性侵蚀试验的设计奠定了基础。 2、鉴于新修订规范中即将纳入500级钢筋,对配置HRB500级钢筋的混凝土梁开展受弯性能试验研究,重点探讨了正常使用状态下该类构件的平均裂缝间距、短期最大裂缝宽度以及挠度的变化趋势,同时与现行GB50010规范公式计算结果相比较,发现现行规范中的短期最大裂缝宽度计算公式不适用于500级钢筋混凝土梁;最后,借助数理统计和概率分析,提出了相应的修正建议。 3、基于粘结-滑移理论,在综合考虑混凝土拉伸硬化效应以及材料非线性本构关系的基础上,建立了开裂钢筋混凝土梁构件受弯性能分析的数值计算模型,并采用MATLAB语言进行编程实现;通过将数值模型计算结果与试验结果之间的对比分析,验证了数值计算模型的可行性和有效性,为开裂钢筋混凝土构件裂缝宽度、刚度分析提供了一种有效的计算方法。 4、以保护层厚度、裂缝开展参数(宽度和间距)为设计变量,对持续加载开裂状态下的8根混凝土梁构件进行氯盐溶液干湿循环试验,通过无损检测技术(半电池电位法、线性极化法等)和破损检验方法,讨论了保护层厚度和裂缝开展参数对钢筋锈蚀的影响,验证了用单位长度内的平均裂缝宽度和保护层厚度的比值作为评价开裂混凝土构件耐久性退化的分析指标是合理的,相关结论可为结构设计提供参考。 5、以钢筋均匀锈蚀为前提,考虑锈蚀产物的变形特性以及锈胀裂缝开展过程中锈蚀产物进入裂缝的实际情况,借助弹性力学和Faraday腐蚀定律,建立混凝土保护层锈胀开裂时刻的钢筋锈蚀率以及锈胀开裂时间的理论计算公式;与试验结果对比分析表明,计算公式的预测结果较为理想。最后,借助Monte Carlo模拟技术以及χ2检验方法,对锈胀开裂时间进行了概率分析。 6、通过对氯化物侵蚀环境下RC结构性能劣化的全过程分析,‘提出了三级耐久性极限状态设置条件,即锈蚀条件、开裂条件和倒塌条件。结合概率分析方法,建立了不同极限状态条件对应的结构耐久寿命预测模型,并结合实际工程,对耐久寿命预测模型进行了应用分析;最后提出了考虑耐久性、抗裂性以及抗火性等要求的保护层厚度优化设计方法,相关内容可为工程结构耐久性设计和评估提供依据。 本文得到国家自然科学基金重点课题“氯盐侵蚀环境的混凝土结构耐久性设计与评估基础理论研究”(50538070)、国家高技术研究发展863计划“沿海重大混凝土桥梁耐久性试验方法与寿命评估技术”(2006AA042422)、国家科技支撑计划项目“既有建筑检测与评定技术研究”(2006BAJ03A02)、浙江省科技计划项目“港口与海岸工程防腐蚀关键技术与配套设备的开发应用”(2006C13090),中日(NSFC/JSPS)国际合作项目“基于全寿命管理的混凝土结构耐久性设计理论”(50811140088)等的资助,特此致谢。


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