钢筋锈蚀后RC梁受剪工作机理与承载力分析

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钢筋混凝土结构被广泛的应用于重大土木工程与设施中,其耐久性研究是工程领域中的长期热点问题。我国拥有世界上最多的桥梁,且这其中绝大部分为钢筋混凝土梁。随着服役年限的增加,巨大的维护压力带来了严峻的挑战。服役期间,由于恶劣的使用环境、设计基准周期、设计缺陷等原因,结构构件内部钢筋截面积减小,钢筋力学性能退化,钢筋与混凝土之间粘结性能发生改变,锈胀产物导致混凝土内部发生损伤。这些因素直接或间接的削弱了钢筋混凝土结构构件的工作性能,甚至会给结构的整体安全性带来巨大隐患。同时,锈蚀可能会改变钢筋混凝土梁的剪、弯失效竞争机制,使梁发生脆性破坏,对结构造成严重危害。因此需要建立合理有效的分析方法对锈蚀后钢筋混凝土梁的剩余工作性能进行评价。本文结合有限元模拟分析和理论分析进行研究,主要研究内容如下:(1)本文基于有限元分析软件ABAQUS提出一种箍筋锈蚀混凝土梁的模拟方法。在此方法中,考虑箍筋锈蚀后与混凝土粘结特性改变,同时考虑箍筋锈蚀损伤后对纵筋粘结特性的影响。将模拟分析结果与试验结果对比,验证了模拟方法的可靠性和有效性,为进一步分析评估锈蚀梁剩余受剪工作性能提供依据。(2)基于本文提出的箍筋锈蚀RC梁模拟分析方法进行扩大参数分析。分析考虑箍筋锈蚀率,混凝土强度两个变量,讨论各组钢筋混凝土梁的受剪工作性能,系统分析箍筋锈蚀梁的承载力、刚度、钢筋与混凝土之间的相对滑移及破坏机理,为将来数值模拟分析和试验研究提供参考和依据。(3)在现有RC梁受剪承载力的计算模型基础上,分别从工程应用和理论分析的角度出发,提出考虑锈蚀的RC梁剩余受剪承载力预测公式,并分析各自特点和适用范围。实用计算模型考虑纵筋锈蚀对受剪承载力的影响,通过大量试验数据统计,提出考虑锈蚀的无腹筋梁受剪承载力折减公式。基于此,结合中国混凝土结构设计规范,美国混凝土结构设计规范、中国建筑科学研究院提出的未锈蚀RC梁受剪承载力计算公式,提出有腹筋RC梁锈蚀后受剪承载力计算公式。将3个公式的计算结果与已有的86组试验数据进行对比,分析各公式的特点及适用范围。理论分析方面,基于桁架-拱模型,考虑箍筋锈蚀引发的材料劣化,核心区混凝土“软化”,有效截面宽度减小,提出理论计算模型。将模型计算结果与试验结果对照,讨论分析模型特点。
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