轴压作用对保护层锈胀开裂的影响机制.pdf

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1、第3期水利水运工程学报N。．32016年6月HYDRO-SCIENCEANDENGINEERINGJun．2016DOI：10．16198／j．cnki．1009—640X．2016．03．001王青，卫泽众，徐港，等．轴压作用对保护层锈胀开裂的影响机制[J]．水利水运工程学报，2016(3)：1—9．(WANGQing，WEIZe—zhong，XUGang，eta1．Influencemechanismofaxialcompressiononcorrosion—inducedconcreteCOVercracki

2、ng[J]．Hydro．ScienceandEngineering，2016(3)：1-9．)轴压作用对保护层锈胀开裂的影Ⅱ向机制王青1’2，卫泽众1，(1．三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌443002；2湖北宜昌443002)徐港1一，王谊敏1三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心，摘要：研究了轴压应力对钢筋锈蚀导致混凝土保护层胀裂历程的影响。采用DIANA软件构建了保护层受钢筋非均匀锈胀作用的三维仿真模型，建立了在轴压作用下，受围压约束裸筋与混凝土内钢筋横向变形等效的方法，有效解决了对混凝土柱同时施加轴压

3、和非均匀锈胀作用的难题。在此基础上，对不同负载水平和配筋方式的24根轴压柱的锈胀开裂历程进行了数值分析，探讨了轴压应力大小对锈胀裂缝扩展和胀裂各阶段特征锈蚀率的影响规律，并分析了轴压应力水平与混凝土强度、相对保护层厚度等其他锈胀开裂影响因素间的相关性。结果表明：轴压应力的存在改变了混凝土构件锈胀裂缝的发展趋势，影响了保护层锈胀开裂各阶段的钢筋锈蚀率；构件内多根钢筋锈蚀导致保护层破损的形态及其发生整体剥落的可能性受轴压应力水平影响显著，相同条件下随轴压应力增大，保护层发生整体剥落的可能性大大增加；钢筋非均匀锈蚀比均匀

4、锈蚀更容易使保护层胀裂，且两者间的差异随轴压应力水平增加而加大；施加轴压应力不会改变混凝土强度和相对保护层厚度对锈胀裂缝发展的影响规律。关键词：轴压作用；钢筋混凝土柱；负载；锈蚀；保护层中图分类号：TU375文献标志码：A文章编号：1009-640X(2016)03-0001-09混凝土构件中钢筋锈蚀导致保护层受胀开裂，形成表面顺筋裂缝是其耐久性失效的标志之一，相关研究受到国内外学者广泛重视，目前已从理论、试验及仿真等多方面建立了多种分析模型01-7]。但令人遗憾的是已有成果鲜有考虑荷载作用对保护层锈胀开裂的影响，

5、而在役混凝土结构都是负载的，忽略荷载作用不仅可能影响分析模型的精度，甚至可能有碍揭示服役构件锈胀开裂的机理。考虑到问题的复杂性和现有测试技术的局限性，目前很难从理论或试验方面展开研究，为此本文在合理解决混凝土柱受压和非均匀锈胀共同作用难题的基础上，借鉴前期对保护层锈胀裂历程二维仿真分析的方法¨J，构建了钢筋混凝土轴压柱非均匀锈胀开裂的三维仿真分析模型，对不同类型轴压柱的锈胀开裂进行数值分析，探究负载水平对混凝土承压构件保护层锈胀开裂历程的影响机制。1模型构建1．1基本参数以300mmx300mmX600mm的钢筋混

6、凝土柱为分析对象，柱中纵筋直径为20mrfl，}昆凝土保护层厚度为25，30和35mm，如图1。混凝土强度等级为C30，C35和C40，混凝土弹性模量E。按式(1)确定㈣，泊松比t，取0．2。收稿日期：2015—08-11基金项目：国家自然科学基金资助项目(51109121，51379111)作者简介：王青(1976一)，女，江苏无锡人，教授，博士，主要从事混凝土结构耐久性研究。E-mail：postwq@163。corn通信作者：徐港(E-mail：postxg@163．corn)2水利水运工程学报2016年6月

7、E2万乏藐瓦(1)式中：工m为混凝土立方体抗压强度标准值。1．2仿真模型依据混凝土柱的基本参数信息，并考虑到对称性，在DIANA中建立1／2柱截面高度的三维仿真模型，如图2，单元类型为HX24L八节点的等参实体单元，为了避免传统弥散式裂缝模型对网格的依赖性，采用了总应变转动裂缝模型旧J，混凝土受压、拉本构方程分别采用r11lorenfeldt⋯和Hordijk模型㈨，混凝土断裂能按CEB．FIPMC90建议公式¨21，如下式(2)计算，裂面剪力传递系数取常数0．2。数值求解时采用位移加载，按力的范数控制收敛，收敛精

8、度取为3％。，G，=o(篆)n7(2)式中：G，为混凝土断裂能(N·mm／mm2)；o为系数，本文取口=0．025N·mm／mm2；丘为混凝土轴心抗压强度(MPa)。2荷载的施加图1混凝土柱配筋示意Fig．1Concretecolumnreinforcementschemes图2三维仿真模型Fig．23-dsimulationmode2．1锈胀作用的施加考虑