混凝土桥梁服役过程中荷载与锈蚀的耦合作用.pdf

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1、第30卷第11期2013年11月公路交通科技JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopmentV01．30No．1lNOV．2013doi：10．3969／j．issn．1002-0268．2013．11．009混凝土桥梁服役过程中荷载与锈蚀的耦合作用唐国斌m，王统宁1’2，项贻强3(1．河南省桥梁诊断与加固工程技术研究中心，河南郑州450015；2．河南省交通科学技术研究院有限公司，河南郑州450015；3．浙江大学建筑工程学院，浙江杭州310027)摘要：针对混凝土桥梁服役过程中荷载和环境作用，研究了耦合效应的数值分析方法。通过对

2、荷载作用下钢筋锈蚀过程的分析，将钢筋应变分解为弹性应变和锈蚀应变，定义锈蚀应变与瞬时弹性应变的比值为钢筋的锈蚀系数，引入锈蚀钢筋的名义弹性模量，得出锈蚀钢筋的时变本构关系；基于虚功原理，推导了荷载一环境耦合作用下，钢筋混凝土单元的有限元列式，并给出了采用时程分析法的计算流程；采用Fortran语言编制非线性有限元程序对这一问题进行数值求解，并通过3片梁的模型试验验证上述方法的有效性。结果表明，钢筋混凝土桥梁荷载和环境耦合分析中，不仅需考虑钢筋锈蚀引起单元刚度矩阵的改变，同时应考虑附加节点荷载，本文提出的数值方法可用于混凝土桥梁长期力学性能的预测。关键词：桥梁工程；混凝土桥梁；耐久性；耦合作用分

3、析；锈蚀中图分类号：U448．35文献标识码：A文章编号：1002—0268(2013)11—0062一06CoupleEffectofLoadingandCorrosionofConcreteBridgeinServiceLifeTANGGuo．bin1一，WANGTong—nin91”，XIANGYi—qian93(1．HenanProvincialBridgeDiagnosisandReinforcementEngineeringTechnologyResearchCenter，ZhengzhouHenan450015，China；2．HenanTransportationResearc

4、hInstituteCo．，Ltd．，ZhengzhouHenan450015，China；3．CollegeofCivilEngineering，ZhejiangUniversity，HangzhouZhejiang310027，China)Abstract：Anumericalanalysismethodwasproposedtostudyloadandenvironmentcoupleeffectduringtheserviceofconcretebridge．Bystudyingthecorrosionprocessofreinforcementbars，thestrainofrein

5、forcementbarsisdecomposedintoelasticstrainandcorrosionstrain，andtheirratioisdefinedascorrosionfactor．Then，timedependentconstitutiverelationofcorrodedsteelbarsisobtainedbyintroducingnominalelasticmodule．Accordingtothevirtualworkprinciple，thefiniteelementequationsofreinforcementconcreteelementunderloa

6、dandenvironmentcoupleeffectarederived，andthecalculationflowchartusingtimehistoryanalysismethodisillustrated．ThenonlinearfiniteelementprogramisrealizedbyProgramFortrantonumericallysolvetheproblem，whichisverifiedbytestingthemodelofthreereinforcedconcretebeams．Theresultsshowthatboththestiffnessmatrixan

7、dtheadditionalnodalloadofthereinforcementconcreteelementshouldbecoveredinthecoupleeffectanalysis．Theproposedmethodcouldbeusedtopredictlong—termmechanicalpropertyofconcretebridge．Keywords：Bridgeenginee