钢混构件中钢筋非均匀锈蚀的数值预测.pdf

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1、徐振椭等：钢混构件I1

2、钢筋非均匀锈蚀的数值预测17钢混构件中钢筋非均匀锈蚀的数值预测徐振楠，詹元，李成明(1．浙江大学．杭州310058；2．龙庆云景高速公路建设指挥部。浙江云和313500)【摘要】氯离子侵入混凝土当中会导致钢筋的锈蚀问题，由于钢筋周围的混凝土厚度不同，故实际工程中的锈胀开裂现象实际上是由钢筋的非均匀锈蚀引起的。文中基于立方体模型，假设锈蚀产物为椭圆形分布，分析研究了非均匀锈蚀情况下的，锈蚀产物的分布表达式，并将其分布表达式进行简化，计算得出了混凝土保护层表面初始开裂时其内表面的最大压应力。另外，将文中的计算结果与试验

3、进行对比，显示出了良好的一致性，证明本模型的适用性，并可推广使用。【关键词】钢筋锈蚀；保护层开裂；非均匀锈蚀t【中图分类号】TU528．57【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2014)04—0017—030引言圆形，其长轴为R+u。，短轴为R在极坐标下表示如近年来，特别是对于沿海地区，由于氯离子侵入下所示：导致钢筋锈蚀，引起混凝土保护层开裂的问题越来越{-=(+H。)。II≤了q'F(1)受到关注。随着锈蚀产物的增加，当达到临界值时，Ly=Rnsin0钢筋周围的混凝土会产生宏观裂缝。随着锈蚀产生锈蚀后的钢筋截面也为一半椭圆形

4、，其长轴为的进一步增加，裂缝开始扩展，钢筋截面面积降低，钢短轴为R在极坐标下表示如下所示：筋与混凝土之间的粘结强度也会下降，最后影响到结构的安全性、可靠性。在过去的数十年中，国内外的f=Rc。。IJ≤(2)ty=RsinO‘学者们进行了大量的研究。Bazant⋯提出了承受均匀。t则锈蚀产物厚度可表示为如下形式：的内压力的厚壁混凝土圆筒的平面应变模型。Pan-tazopoulou和Papoulia被看做是第一个应用有限差n(0)：+)，2。一+)，(3)分法去求解保护层开裂与时间的关系。但是，几乎所式中，。，Y。分别为锈蚀产物与混凝土接触面

5、上有的解析模型都是基于圆柱体模型，以及假设围绕钢点的坐标；，，Y分别为锈蚀产物与钢筋接触面上点筋的周围的腐蚀产物的厚度是均匀分布的。实际则的坐标。将式(1)和(2)代入(3)式中，得到式(4)：不是完全符合的，锈蚀一般从钢筋的最外侧开始，而(RbCOS0+2R。b‰COS0锈蚀产物也不是完全均匀分布的。Zhao等人锈蚀产物均匀分布及非均匀分布对混凝土产生损伤的定性+“。2cos2+《sinZ0)10I≤比较。而定量描述非均匀锈蚀的影响是很有意义的。“()=一、文中基于立方体模型，假设锈蚀产物为椭圆形分布，给出锈蚀产物的环向分布的简化表达式

6、，并计算得出010I>了混凝土保护层表面初始开裂时其内表面的最大压(4)应力。另外，将文中的计算结果与试验进行对比，显式中，“是径向位移；u。是最接近侵入表面的最大示出了良好的一致性，证明本模型的适用性。位移；R及尺曲分别为钢筋初始半径及锈蚀后的半径；1锈蚀产物的非均匀分布0为OM与轴的夹角，顺时针为正，逆时针为负。由于氯离子的侵入方向垂直于暴露在真实环境假设U0<

7、物仅分布在靠近混凝土保护层一侧，【(1+2TUOCO820+而另一侧几乎没有发现锈蚀产物，我们采用假设如图1所示的锈蚀产物的分布。则初始钢筋截面为一圆≈R+UoCOS0(5)形，其直径为R锈蚀产物与混凝土接触面为一半椭则式(4)即可简化为式(6)。[基金项目]浙江省交通投资集网有限公司科技项f=_1(编13—5l3209—036)l8低温建筑技术2014年第4期(总第190期)⋯l≤手(6)：‰【0II>等图3极坐标下半椭圆形分布位移加载在提取模型的计算结果时，先得出根据混凝土保图1锈蚀产物的半椭圆分布示意鼹护层表面达到抗拉强度时的载荷步

8、，再提取出此时模2建立数值模型型内表面上所有节点的压应力，并将其进行平均得出文中混凝土本构模型采用Abaqus中的混凝土损与试验对应的保护层开裂时内表面上的压应力。伤塑性模型，其表达式取自2010年发布实施的《混凝表1试验开裂压应力与模型预测对比土结构设计规范》，损伤表达式如式(7)所示。1．1一p。(1．2—0．2x)≤1dti-一>-‘7其中：一去以彘则混凝土单轴受拉的应力一应变曲线表示为如下所示：其中：d为钢筋直径，mm，c为混凝土保护层厚度，or=(1一d)E(8)mm；Or。为试验测得混凝土保护层因锈胀开裂时的压应力，MPa；o

9、r⋯为本模型预测的压应力值，MPa。当d=8ram并且保持不变的情况下，试验结果与计算结果随着混凝土保护层厚度的增加变化趋势如图4所示。亳图2立方体模型示意大多数圆柱体模型中，混凝土的几何模型