锈坑对建筑用钢筋HPB235疲劳性能影响的有限元分析

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由于有害介质的侵蚀,混凝土结构在使用过程中往往会造成钢筋锈蚀,锈坑的不均匀性将会导致钢筋产生应力集中,这使构件的疲劳性能较其静态性能的危害影响要严重得多,混凝土结构不得不降低结构的使用年限或对其进行维修、加固、拆除,造成巨大的经济损失。因此,进行混凝土结构的钢筋腐蚀疲劳研究具有重要意义。本文结合相关疲劳理论,用已获得的实验数据及规律,对机械工程材料性能数据手册中标准试验得到的一条S-N曲线进行修正;然后,从疲劳寿命的角度出发,通过ANSYS疲劳计算功能对试验用钢筋(包括光滑钢筋和带缺口钢筋)进行疲劳分析,首先分析单个锈坑情况下锈坑尺寸对钢筋疲劳寿命的影响,揭示了构件的疲劳寿命随锈坑二维尺寸变化的劣化规律;同时还分析了多个锈坑的情况,考察不同缺口形式、数量对钢筋疲劳寿命的影响,分析表明当缺口数量一样但位置形式不同时,缺口横向排列的疲劳寿命要比纵向排列的寿命多,且增加的寿命次数约为2倍左右;当缺口形式一样但数量不同时,缺口数量越多疲劳寿命越小,但下降的不是很明显。此外,还考虑了不同缺口中心间距对钢筋疲劳寿命的贡献。本文的研究拓展了试验研究受经费、时间等因素约束的研究范围,为正确评价并延长疲劳荷载下锈蚀混凝土构件使用寿命打下基础,同时也为锈损钢筋混凝土结构的检测、加固改造和耐久可靠性研究提供了参数。
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