腐蚀钢筋再生混凝土梁承载力数值模拟

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1、低温建筑技术2015年第1期(总第199期)DOI：10．13905／j．cnki．awjz．2015．01．033腐蚀钢筋再生混凝土梁承载力数值模拟宋永吉，叶方洁，李洪明(1．江苏筑原建筑设计有限公司，江苏常州213002；2．南京航空航天大学土木工程系．南京210016)【摘要】利用有限元方法对钢筋腐蚀率为2．6％再生混凝土梁进行了模拟和分析，通过对有限元计算结果的分析，可知梁的破坏形态、竖向裂缝扩展过程和荷载一挠度曲线均与试验结果类似。有限元计算得到腐蚀钢筋再生混凝土梁的极限承载力比试验结果低约6％。【关键词】有

2、限元分析；腐蚀钢筋；再生混凝土梁；破坏形态；极限承载力【中图分类号】TU375【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2015)O1—0096—03再生集料混凝土是指利用废旧混凝土破碎加工而成的度510e6N／m，弹性模量2．0ellN／m。架立筋屈服强度为再生集料，部分或全部代替天然集料配制而成的新混凝土，235e6N／m，弹性模量2．1el1N／m。钢筋泊松比均取0．3。简称再生混凝土J。目前，国内外对再生混凝土梁的研究本文钢筋腐蚀率为2．6％，腐蚀钢筋应力一应变关系参考文已经较多。Ishi~2J、肖建庄等

3、人试验和研究分析都表明献[5]。腐蚀钢筋与再生混凝土之间的粘结滑移关系根据再生混凝土梁抗弯正截面服从平截面假定；其抗弯性能较肖建庄等的研究成果计算。普通混凝土梁没有明显下降，而刚度有所下降。但对于再3单元类型的选择生混凝土梁处于腐蚀环境中承载力和变形的研究很少。钢采用钢筋与再生混凝土的分离式模型对腐蚀钢筋再生筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要原因。钢筋腐混凝土梁进行有限元分析。箍筋和架立筋单元与再生混凝蚀会导致混凝土结构过早破坏，造成巨大的经济损失。土单元共用节点，纵筋单元与再生混凝土单元之间由粘结研究表明，腐蚀钢

4、筋再生混凝土梁的抗弯性能与腐蚀单元联接。ANSYS设计时采用改进的Wiliam—Wamke五钢筋普通混凝土梁相似。本文利用有限元分析软件AN．参数破坏准则作为再生混凝土强度破坏准则。再生混凝土SYS，根据腐蚀钢筋普通混凝土梁的抗弯分析方法，对钢筋选用SOLID65单元，钢筋选用LINK8单元，再生混凝土与钢腐蚀率为2．6％的再生混凝土梁进行了模拟和分析，求解其筋之间的粘结由COMBINE39单元来模拟。极限承载力。将ANSYS分析的结果与腐蚀钢筋再生混凝土4模型建立梁的加载试验结果对比，分析了钢筋腐蚀后再生混凝土梁本文

5、根据有限元分析的特点和工作量的大小，先创建的破坏形态、承载力和挠度的变化规律，为再生混凝土梁耐再生混凝土的实体模型，然后对实体模型进行网格划分。久性的进一步研究提供科学依据。考虑到再生混凝土保护层厚度为25～30mm，为使划分单元1原型简介规整、尺寸统一，再生混凝土六面体单元的尺寸为25x25×再生混凝土试验梁尺寸为b·h·L=120mm×200mmx3O。架立筋和箍筋单元与再生混凝土单元共用节点，将相1500ram，强度等级RC35。梁主筋为2根直径12ram的应位置处的节点联接即可。腐蚀纵筋单元应独立创建。在HRB

6、335级钢筋，保护层厚度为25mm，架立筋与箍筋均为直每个纵筋单元与再生混凝土单元节点重合处创建两个径8ram的HPB235级钢筋，试验梁两端箍筋间距均为COMBINE39粘结单元。设置粘结单元的自由度方向，建立100ram，跨中不配置箍筋。试件梁具体尺寸与配筋见图1。平行于纵筋方向和垂直于纵筋方向的弹簧单元。创建的再生混凝土单元、钢筋单元与粘结单元如图2所示。采用弥散裂缝方式来处理再生混凝土开裂，裂缝张开剪力传递系数为0．4，闭合剪力传递系数为1。钢筋单元由LINK8单元模拟，架立筋与箍筋本构关系采用双线性随动强50

7、0。500．500化模型(BKIN)，腐蚀纵筋本构关系采用多线性随动强化模型(MKIN)。腐蚀钢筋再生混凝土梁有限元模型创建完成，图1试件尺寸及配筋图在支座处施加自由度约束，跨中两点对称加载100kN，于跨中形成0．6m长的纯弯段。2材料属性5模型求解再生混凝土抗压强度16．7e6N／m，抗拉强度1．57e6N／为加速再生混凝土梁计算的正常收敛，不考虑再生混m，弹性模量2．53e10，}白松比0．2。再生混凝土本构模型采凝土压碎，关闭大变形选项，打开线性搜索、预测等选项。用文献[4]给出的应力一应变关系曲线。未锈蚀纵筋

8、屈服子步数设置为100，每个荷载子步的迭代次数为5O，收敛误应变1．6e一3，屈服强度335e6N／m，强化应变0．2，极限强差放宽到3％。经过多次试算，得到比较满意的计算结果。宋永吉等：腐蚀钢筋再生混凝土梁承载力数值模拟氆瞳．图2再生混凝土单元、钢筋单元与粘结单元图进入通用和时间历程后处理器查看计算结果。图4为梁挠度一时间(荷载