钢筋锈蚀引起的混凝土保护层开裂过程及影响因素分析

摘要

钢筋发生锈蚀,其锈蚀产物的体积往往是原来的2-4倍,使钢筋周围混凝土受到挤压,随着锈蚀程度的加剧,将导致混凝土保护层受拉而开裂.钢筋混凝土构件一旦开裂,将会加速钢筋的锈蚀,从而进一步加剧裂缝的扩展,最终导致结构的破坏,严重影响混凝土结构耐久性,因此研究钢筋锈蚀引起的混凝土保护层开裂过程具有重要的实际意义. 本文基于已有的研究基础成果,主要做了以下几方面的工作: 1.针对钢筋均匀锈蚀情况,提出破坏半径的概念,使用Ansys有限元软件,采用对钢筋周围混凝土施加均布压力的方式模拟钢筋均匀锈蚀情况下保护层的开裂过程,得到了保护层完全开裂时破坏半径的计算公式以及临界锈胀力的计算公式；以此为基础,分析了钢筋均匀锈蚀情况下保护层的开裂过程,推导了保护层最终开裂时锈胀力、锈蚀率的计算公式,并结合现有的开裂时间计算模型进行混凝土保护层开裂时间的预测,通过分析结果与以往的试验结果的对比,验证了本文的锈蚀率计算公式的妥当性； 2.针对钢筋非均匀锈蚀情况,提出锈蚀程度系数的概念,利用Ansys有限元软件,采用对钢筋周围的混凝土施加不均匀锈胀位移的方式模拟钢筋非均匀锈蚀情况下保护层的开裂过程,得到了保护层胀裂破坏时临界锈蚀程度系数的计算公式；以此为基础,推导了钢筋非均匀锈蚀时保护层完全开裂时钢筋锈蚀率的计算公式,再应用目前已有的时间预测模型推算保护层开裂的时间,通过算例分析验证了本文提出的锈蚀率计算公式的合理性: 3.结合有限元分析结果,对影响锈胀开裂的各因素进行了分析,结果表明: 提高混凝土强度、增加保护层厚度有助于延缓保护层的开裂；相邻钢筋的存在会使钢筋之间的混凝土出现应力叠加现象,箍筋对混凝土保护层内由锈胀产生的应力具有抑制作用,但是在保护层完全开裂之前,箍筋的抑制作用有限.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1问题的提出

1.2钢筋锈蚀研究概况

1.3本文主要工作

参考文献

第二章钢筋锈蚀引起的混凝土保护层开裂理论综述

2.1概述

2.2混凝土中钢筋锈蚀机理

2.3保护层开裂时的钢筋锈胀力现有模型及比较

2.4保护层开裂时的钢筋锈蚀率现有模型及比较

2.5小结

参考文献

第三章钢筋锈蚀引起的混凝土保护层开裂数值分析

3.1概述

3.2有限元分析方法

3.3均匀锈蚀时有限元分析结果及影响因素分析

3.4非均匀锈蚀时有限元分析结果及影响因素分析

3.5小结

参考文献

第四章钢筋锈蚀引起的混凝土保护层开裂理论分析

4.1概述

4.2均匀锈蚀时的锈胀力分析

4.3均匀锈蚀时的锈蚀率分析

4.4非均匀锈蚀时的锈蚀率分析

4.5小结

参考文献

第五章结论与展望

5.1结论

5.2有待研究的问题

致谢