钢筋混凝土锈蚀膨胀力的数值模拟研究

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1、建筑技术第44卷第3期2013年3月·198·ArchitectureTechnologyVo1．44No．3Mar．2013钢筋混凝土锈蚀膨胀力的数值模拟研究李悦．颜超，辜中伟(Jg京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室，100124，北京)摘要：计算分析钢筋混凝土中钢筋锈蚀量产生的膨胀应力是目前混凝土耐久性研究的重点问题。考虑混凝土中钢筋的不均匀锈蚀现象，应用有限元分析软件ABAQUS对钢筋锈蚀引起的混凝土内应力进行数值模拟，总结混凝士主拉应力的分布规律。关键词：钢筋锈蚀；应力分析；混凝土

2、；有限元中图分类号：TU511．32文献标识码：A文章编号：1000—4726(2013)03—0198—04NUMEIUCALSIMULATIoNRESEARCHFoRCoRROSIONEXPANSIoNSTRESSoFREINFoRCEDCoNCRETELIYue，YANChao，GUZhong—wei(KeyLaboratoryofUrbanSecurityandDisasterEngineeringMOE，BeijingUniversityofTechnology，100124，Beijing，Ch

3、ina)Abstract：ItiSakeypointincurrentresearchofconcretedurabilitytocalculateandanalyzetheexpansionstressgeneratedduetocorosionofsteelbarsinreinforcedconcrete．Consideringtheunevenrustonsteelbarsinreinforcedconcrete．finiteelementanalysissoftwareABAQUSiSusedfor

4、numericalsimulationofstressinconcreteduetorustingofsteelbaranddistributionlawofthemaintensilestressofconcreteissummarized．Keywords：rustingofsteelbar；stressanalysis；concrete；finiteelement钢筋混凝土结构中的钢筋发生锈蚀后会发生体积1模型的建立膨胀，其产生铁锈的体积是相应钢筋体积的2～4倍，在混凝土和钢筋交界面上产生压力，称为钢

5、筋锈蚀膨胀目前有限元软件模拟混凝土中钢筋锈蚀膨胀产生力，严重时会因混凝土主拉应力过大而开裂，因此研究的混凝土内应力有3种途径：对混凝土试件施加径向钢筋锈蚀对混凝土内应力分布的影响有重要意义。力、对混凝土试件设置温度膨胀环和对混凝土试件施有限元法广泛应用于混凝土应力场分析。文献1～加径向位移。本文采用施加径向位移的方法对混凝土3采用有限元方法分析了钢筋锈蚀引起的混凝土破坏保护层开裂前钢筋锈蚀不均匀膨胀进行数值模拟，更过程，取扩孔试验中一典型模型，应用有限元程序对试接近真实情况。文中假设沿轴向钢筋的锈蚀膨胀是均

6、件进行过程仿真，分析了试件混凝土保护层应力场随匀的，因此钢筋锈蚀膨胀过程可按平面应变问题处理径向膨胀位移的变化情况，对裂缝的出现趋势进行预分析，用直径相同的孔洞来代表钢筋，以便实现位移的测并与试验结果比较。张伟平[41用ANSYS软件进行了施加。大量试验证明混凝土结构中钢筋锈蚀是不均匀混凝土中钢筋锈胀过程的计算机仿真分析。叶文亚等[51的，朝向混凝土保护层一侧的钢筋膨胀更大一些，因此用ANSYS软件模拟了多根锈蚀钢筋对周围混凝土应力本文有限元模拟中的径向位移场采用文献6中分析得场的影响。上述研究多基于锈蚀均

7、匀膨胀的原理进行，出的位移场(图1，2)，图中是锈蚀层最大厚度，U2是锈但钢筋实际锈胀过程是不均匀的。ABAQUS是一套功蚀层最小厚度．为各锈蚀位置与轴的夹角。能强大的工程模拟有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。本文通过ABAQUS有限元软件模拟钢筋锈蚀的非均匀膨胀，研究锈蚀膨胀对混凝土内应力分布的影响。收稿日期：2012—10—13基金项目：北京市自然科学基金重大课题“北京城市基础设施耐久性研究”(8100001)：国家科技支撑项目“多因素耦合作用下桥隧混凝土开裂特性拟

8、合分析”(2011BAE27B04—7)作者简介：李悦(1972一)，男，河北唐山人，教授，e—mail：liyue@bjut．edu．图1非角区钢筋表面混凝土的径向位移分布·200·建筑技术第44卷第3期模型弹性设计的基本原理。同时随路径映射距离增加，1m，对模型进行计算和分析，混凝土最大主拉应力云混凝土最大主拉应力逐渐减小，在路径映射距离为13图见图11。12。mm左右时，混凝土最大主拉应力达到最低值；但随后