锈坑对建筑用钢筋HPB235疲劳性能影响的有限元分析

摘要

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。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 疲劳实验方面的研究

1.2.2 疲劳理论方面的研究

1.2.3 疲劳研究发展简史

1.2.4 钢筋混凝土结构的耐久性

1.3 本论文研究的意义与内容

1.3.1 论文研究意义

1.3.2 论文研究内容

1.4 本文的创新点

第二章 HPB235钢筋的S-N曲线

2.1 未锈钢筋疲劳极限实验

2.1.1 实验概况

2.1.2 实验结果

2.2 HPB235钢筋的基本S-N曲线

2.2.1 疲劳的几个基本概念

2.2.2 基本S-N曲线

2.3 疲劳寿命的影响因素

2.3.1 应力集中的影响

2.3.2 尺寸的影响

2.3.3 表面状态的影响

2.3.4 载荷的影响

2.3.5 温度和环境的影响

2.4 HPB235钢筋S-N曲线的修正

2.5 HPB235钢筋S-N曲线的有限元校核

2.5.1 有限元模型的单元属性选择

2.5.2 材料属性定义

2.5.3 模型的建立

2.5.4 储存结果

2.5.5 校核结果

2.6 本章小结

第三章 不同锈坑尺寸的钢筋疲劳性能的数值分析

3.1 钢筋静力性能分析

3.1.1 ANSYS前处理

3.1.2 结构静力分析结果

3.2 疲劳理论

3.2.1 确定疲劳寿命的方法

3.2.2 疲劳分析相关理论

3.3 ANSYS数值模拟过程

3.3.1 定义位置、事件及载荷的最大数目

3.3.2 输入材料疲劳性质

3.3.3 指定应力位置

3.3.4 存储应力

3.3.5 设定事件重复次数

3.3.6 激活疲劳计算

3.4 疲劳结果

3.5 本章小结

第四章 多个锈坑情况下钢筋疲劳性能的数值分析

4.1 降低应力集中的方法

4.2 静力结果分析

4.3 疲劳结果分析

4.4 文章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参与的科研项目及发表的论文