相邻钢筋非均匀锈蚀引发混凝土保护层开裂的细观数值模拟

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1、第３１卷第３期建筑科学与工程学报Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．３２０１４年９月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｅｐｔ．２０１４文章编号：１６７３２０４９（２０１４）０３００９８０７相邻钢筋非均匀锈蚀引发混凝土保护层开裂的细观数值模拟张仁波，杜修力，金浏（北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室，北京１００１２４）摘要：对２根相邻钢筋非均匀锈蚀膨胀引发的混凝土保护层破坏行为进行了细观数值模拟研究；考虑到混凝土细观结构非均质性的影响，将混凝土视

2、为由骨料、砂浆和界面过渡区组成的三相复合材料，以施加强制位移的方式模拟钢筋的非均匀锈胀作用，建立了混凝土保护层开裂分析的细观尺度数值模型，并进行了影响参数分析。结果表明：细观数值模拟结果与已有文献中的试验结果吻合良好；相邻钢筋非均匀锈蚀时会发生内部裂纹相互贯通先于和落后于外部开裂２种破坏模式；钢筋直径不是影响混凝土保护层破坏的主要参数；混凝土保护层厚度主要影响外部开裂的发展；钢筋间距则主要控制内部裂纹的相互贯通。关键词：混凝土保护层；细观数值模拟；钢筋非均匀锈蚀；锈胀机理；破坏模式中图分类号：ＴＵ

3、３７５文献标志码：Ａ犕犲狊狅狊犮犪犾犲犖狌犿犲狉犻犮犪犾犛犻犿狌犾犪狋犻狅狀狅狀犆狉犪犮犽犘狉狅犮犲狊狊狅犳犆狅狀犮狉犲狋犲犆狅狏犲狉犐狀犱狌犮犲犱犫狔犃犱犼犪犮犲狀狋犚犲犫犪狉犖狅狀狌狀犻犳狅狉犿犆狅狉狉狅狊犻狅狀ＺＨＡＮＧＲｅｎｂｏ，ＤＵＸｉｕｌｉ，ＪＩＮＬｉｕ（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＵｒｂａｎＳｅｃｕｒｉｔｙａｎｄＤｉｓａｓｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１

4、２４，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｃｒａｃｋｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｖｅｒｉｎｄｕｃｅｄｂｙｔｗｏａｄｊａｃｅｎｔｒｅｂａｒｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｃｏｒｒｏｓｉｏｎ，ａｍｅｓｏｓｃａｌｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｍｅｓｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｗａｓａｓｓｕｍｅｄｔｏｂｅａｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔ

5、ｅｒｉａｌｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆａｇｇｒｅｇａｔｅ，ｍｏｒｔａｒｍａｔｒｉｘａｎｄｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｚｏｎｅ（ＩＴＺ），ａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｅｆｆｅｃｔｏｆｒｅｂａｒｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｃｏｒｒｏｓｉｏｎｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｆｏｒｃｅｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ．Ａｐａｒａｍｅｔｒｉｃｓｔｕｄｙｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｓｏｓｃａｌｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅ

6、ｃｏｉｎｃｉｄｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍｔｈｅｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ；ｔｈｅｒｅａｒｅｔｗｏｆａｉｌｕｒｅｐａｔｔｅｒｎｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｉｎｔｅｒｎａｌｃｒａｃｋｉｎｇｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｔａｋｅｎｐｌａｃｅｍｏｒｅｅａｓｉｌｙｏｒｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｈａｎｅｘｔｅｒｎａｌｃｒａｃｋｉｎｇ；ｒｅｂａｒｄｉａｍｅｔｅｒｉｓｎｏｔａｍａｉｎｐａｒａｍｅｔｅｒｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｖｅｒ；ｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｖｅｒｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅ

7、ｆｆｅｃｔｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｘｔｅｒｎａｌｃｒａｃｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐａｌｌｙ；ａｎｄｒｅｂａｒｄｉｓｔａｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌｓｉｎｔｅｒｎａｌｃｒａｃｋｉｎｇｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔｌｙ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｖｅｒ；ｍｅｓｏｓｃａｌｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｒｅｂａｒｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｃｏｒｒｏｓｉｏｎ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅ收稿日期：２０１４０７０２基金项目：国家重点基础

8、研究发展计划（“九七三”计划）项目（２０１１ＣＢ０１３６００）；北京市自然科学基金重大项目（８１００００１）作者简介：张仁波（１９８９），男，山东德州人，工学硕士研究生，Ｅｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｒｅｎｂｏ９９＠１２６．ｃｏｍ。第３期张仁波，等：相邻钢筋非均匀锈蚀引发混凝土保护层开裂的细观数值模拟９９中，对于２根或多根钢筋的锈蚀行为虽然有涉及，但０引言是未对其进行系统探讨。钢筋锈蚀会严重影响钢筋混凝土结构的耐久本文中笔者从细观角度出发，考虑混凝土细观［１］性。在侵蚀性环境中，侵蚀介