钢筋—混凝土界面张开滑移模型及锈蚀RC结构疲劳分析

【摘要】：锈蚀会造成钢筋和混凝土界面的粘结损伤,从而影响钢筋混凝土结构(以下简称RC结构)的剪切承载力。桥梁等RC结构受到锈蚀和疲劳荷载的共同作用,因而研究锈蚀RC结构的剪切疲劳性能有着重要的理论和现实意义。论文通过理论和试验研究建立考虑疲劳损伤的锈蚀后钢筋-混凝土界面模型,并应用于锈蚀RC结构的剪切疲劳分析。论文的主要工作和创新成果有: 1.建立了无锈蚀情况下的钢筋-混凝土界面张开滑移模型,算例分析表明:该模型可以较好地模拟钢筋拔出试验和单轴拉伸试验。在此基础上,进一步建立了考虑疲劳损伤的钢筋-混凝土界面张开滑移模型,并进行了算例验证。 2.通过进行锈蚀RC构件的单轴拉伸疲劳试验,研究了构件中平均裂缝间距与锈蚀程度及疲劳加载参数的关系。试验表明:构件的平均裂缝间距受到锈蚀程度的控制,与疲劳加载参数的关系不显著。 3.建立了考虑疲劳损伤的锈蚀钢筋-混凝土界面张开滑移模型,并提出初始锈蚀损伤算法,用来模拟锈蚀RC构件的单轴拉伸疲劳试验。结果表明:运用初始锈蚀损伤算法和钢筋-混凝土界面张开滑移模型,可以描述锈蚀后钢筋和混凝土之间接触状态的变化,并比较准确地模拟锈蚀RC构件中的横向裂缝平均间距。 4.进行了锈蚀后无腹筋混凝土梁的剪切疲劳试验,试验表明:锈胀开裂后,受弯钢筋和混凝土间的粘结锚固受到削弱,会造成梁的剪切疲劳性能迅速衰减,并在钢筋疲劳断裂前产生混凝土剪切破坏,比受弯疲劳破坏更具有危险性。 5.应用论文提出的初始锈蚀损伤算法和钢筋-混凝土界面张开滑移模型,模拟了锈蚀后无腹筋混凝土梁的剪切疲劳试验,并讨论了应用上述模型和算法的必要性。结果表明:初始锈蚀损伤算法是模拟梁锈蚀后发生剪切锚固破坏的必要条件;而对梁剩余剪切承载力的正确估计依赖于对锈蚀后钢筋-混凝土界面粘结损伤的恰当描述;运用本文提出的钢筋-混凝土界面张开滑移模型可以比较准确地模拟无腹筋混凝土梁锈蚀后的剪切疲劳性能。