损伤钢筋混凝土结构延性研究

摘要

近年来由于混凝土结构耐久性引起结构抗震性能发生变化的问题越来越受到国内外学者的普遍关注。混凝土碳化、钢筋锈蚀已是公认的影响钢筋混凝土结构耐久性的最重要因素。由于绝大部分结构在承受地震作用时都已使用一定年限，其耐久性必然随着使用年限的增加发生损伤。因此，从某种程度上说，与研究新建结构抗震性能的相关方面相比，对损伤钢筋混凝土结构抗震性能的研究显得更为重要。结构的延性对于衡量结构的抗震性能是非常重要的一个指标，良好的延性是结构抵抗地震作用的重要保障。本文主要进行了一下研究工作:
　　 首先，对钢筋混凝土材料的延性性能进行了分析，分别阐述了钢筋混凝土延性的定义、分类、度量方法以及影响因素。对于曲率延性系数与位移延性系数的相互关系进行了分析总结，认为一般情况下，结构的曲率延性系数大于位移延性系数，结构曲率延性越好，位移延性也好。
　　 本文还基于国内外已有的研究成果，介绍了混凝土与钢筋的本构关系，以及锈蚀钢筋与混凝土粘结性能随钢筋锈蚀率变化的规律，并确定了本文有限元分析所要采用的混凝土、钢筋应力一应变关系。
　　 本文的核心内容是利用有限元分析软件ANSYS对损伤钢筋混凝土梁在不同混凝土碳化百分率和钢筋锈蚀率下的力学性能进行数值模拟分析，得出了各种情况下梁跨中荷载一挠度曲线，以此为依据计算出梁的位移延性系数，总结其变化规律。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 地震及震害描述

1.1.1 地震概述

1.1.2 结构的主要震害形式及原因

1.1.3 损伤结构的震害描述

1.2 结构损伤的主要形态及其对结构性能的影响

1.2.1 结构耐久性损伤的原因

1.2.2 混凝土碳化及对结构性能的影响

1.2.3 钢筋锈蚀及对结构性能的影响

1.2.4 钢筋混凝土结构耐久性的研究进展

1.3 损伤结构的抗震性能研究现状

1.3.1 损伤构件力学性能研究方法

1.3.2 静力荷载下损伤构件承载力研究

1.3.3 损伤构件动力特性的研究

1.3.4 损伤构件延性研究

1.4 本文研究的主要内容

第二章 钢筋混凝土结构的延性

2.1 延性的基本概念及研究意义

2.2 延性的分类

2.3 延性的度量

2.3.1 曲率延性系数

2.3.2 位移延性系数

2.3.3 极限点确定方法

2.3.4 位移延性系数计算公式及与曲率延性系数之间的关系

2.4 影响构件延性的因素

2.4.1 纵向钢筋配筋率

2.4.2 横向配筋

2.4.3 材料强度

2.4.4 钢筋锈蚀对曲率延性系数的影响

2.4.5 混凝土劣化对截面曲率延性的影响

2.5 本章小结

第三章 损伤钢筋混凝土构件的本构模型

3.1 钢筋混凝土材料的破坏准则

3.2 混凝土的本构模型

3.2.1 混凝土在单轴应力状态下的本构关系

3.2.2 碳化混凝土的本构关系

3.3 锈蚀钢筋的本构模型

3.3.1 钢筋锈蚀程度评定

3.3.2 绣蚀钢筋力学性能退化机理

3.3.3 锈蚀钢筋力学性能退化规律

3.3.4 锈蚀钢筋力学性能指标与锈蚀率之间的定量关系模型

3.4 锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结关系

3.4.1 粘结性能试验方法及适用范围

3.4.2 锈蚀钢筋混凝土粘结滑移本构关系

3.5本章小结

第四章 损伤钢筋混凝土梁延性有限元分析

4.1 有限单元法简介

4.2 ANSYS有限元分析程序介绍

4.2.1 ANSYS的功能和特点

4.2.2 ANSYS功能模块

4.3 结构分析模块简介

4.4 损伤钢筋混凝土结构有限元分析模型

4.4.1 几何形状及尺寸

4.4.2 单元类型

4.4.3 材料性质

4.4.4 建模及求解基本过程

4.5 不同钢筋锈蚀率下梁位移延性的计算结果

4.6 不同碳化百分率下梁位移延性的计算结果

4.7 碳化锈蚀共同作用下梁的延性变化

4.8 本章小结

第五章 结论和展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果

一、 参与科研项目

二、 发表的论文