受腐蚀钢筋混凝土墩柱抗侧向冲击性能研究

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1、上海交通大学硕士学位论文受腐蚀钢筋混凝土墩柱抗侧向冲击性能研究硕士研究生：邱春杰学号：1120109161导师：方从启副教授申请学位：工学硕士学科：土木工程所在单位：船舶海洋与建筑工程学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterRESEARCHONPERFORMANCEOFTHECORRODEDREINFORCEDCONCRETECOLUMNUNDERLATERALIMPACTCandidate：Chunj

2、ie-Qiu1120109161StudentID:Supervisor：Prof.FangConqiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：CivilEngineeringAffiliation：SchoolofNAOCEDateofDefence：Jan,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学硕士学位论文受腐蚀钢筋混凝土墩柱抗侧向冲击性能研究摘要随着我国交通基础建设的飞速发展，全国各地兴

3、建或规划建设大量内河和跨海桥梁。对于大型桥梁，车辆、船舶或海上漂浮物撞击桥墩的事故时有发生。同时，处于海洋环境中的跨海大桥桥墩受到氯离子的侵蚀导致混凝土构件中的钢筋腐蚀，耐久性退化而提前失效，其规律有待深入研究。因而研究受腐蚀钢筋混凝土墩柱的抗侧向冲击性能具有重要的工程意义和学术价值。本文通过快速腐蚀和落锤冲击试验完成8根不同腐蚀率的钢筋混凝土墩柱的抗侧向冲击性能的试验研究；通过考虑混凝土墩柱的材料率效应，钢筋腐蚀力学性能退化，钢筋混凝土腐蚀粘结性能退化以及冲击侵彻性能，分析得到腐蚀钢筋混凝土墩柱的极限状态计算方法；利用ANSYS/LS-DYNA对试验

4、进行数值模拟，通过钢筋力学性能的退化模拟钢筋腐蚀作用，综合分析获得腐蚀率对钢混墩柱抗侧向冲击性能的影响。在此基础上进行拓展，分析支座形式以及混凝土强度对其抗侧冲击性能的影响。得到以下主要结论：(1)随着腐蚀率的增加，钢筋混凝土墩柱的初始锈胀裂缝宽度和长度增加明显。(2)不同腐蚀率试件在冲击荷载作用下呈现不同破坏形态。低腐蚀率试件的破坏模式为冲击处混凝土侵彻压碎并由弯剪裂缝开展导致弯剪破坏，高腐蚀率试件破坏模式为冲击处混凝土侵彻压碎以及无预警的剪切脆性破坏。腐蚀率的增加降低墩柱抗侧冲击延性。(3)高腐蚀率的混凝土墩柱的平均冲击力和峰值冲击力在低冲击工况下

5、大于低腐蚀率墩柱，在破坏工况下，高腐蚀率墩柱的平均冲击力和峰值冲击力均小于低腐蚀率试件，腐蚀率影响试件的最终破坏模I上海交通大学硕士学位论文式，同时降低试件的冲击承载力。(4)高腐蚀率试件的拉区钢筋的峰值应变和平均应变较低腐蚀率试件出现明显降低。主要原因是钢筋的腐蚀导致钢筋与混凝土的粘结性能退化，使钢筋应变滞后。使用钢筋应变滞后系数考虑钢筋腐蚀作用导致的应变滞后，计算结果与试验结果接近，误差在6.8%。(5)腐蚀钢筋混凝土墩柱的冲击极限状态计算方法主要考虑材料的率效应，腐蚀钢筋的力学性能退化，腐蚀钢筋的应变滞后，冲击区域的混凝土侵彻退化。计算结果与试

6、验结果误差在5.27%。(6)有限元分析中，观察试件的冲击主拉应力分布可以发现两端简支试件在冲击部位两侧各1/3处为试件冲击剪切破坏的薄弱部位；一端固支，一端简支的试件，主拉应力集中区域偏向固支端，试件跨中冲击区域靠近固支端侧1/3跨处成为试件的薄弱部位。同时试件的墩帽角部为受压薄弱部位。(7)高强度的混凝土峰值冲击力大于低强度的混凝土。由于混凝土材料的率敏感性，在冲击速度较低时，混凝土的冲击力涨幅较小，冲击速度较高时，混凝土的冲击力涨幅明显变大。关键词：混凝土墩柱，腐蚀，侧向冲击，率效应，破坏II上海交通大学硕士学位论文RESEARCHONPERFO

7、RMANCEOFTHECORRODEDREINFORCEDCONCRETECOLUMNUNDERLATERALIMPACTABSTRACTWiththerapidgrowthofthepublictransportation,mountsofcross-riverandcross-seabridgesareconstructed.Thefrequencyofbridgeimpactaccidentsbycars,shipsandfloatersrises.Bridgepiersunderseaenvironmentarefacedwiththecorr

8、osionproblemsofreinforcement.Soit’simportanttos