荷载耦合作用下RC梁盐雾环境加速试验方法及损伤机理研究

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我国幅员辽阔,海岸线长,且拥有大面积的盐湖、盐碱地,上述地区的桥梁长期处于氯盐腐蚀环境中,氯离子会侵入混凝土内部,造成钢筋锈蚀、结构损伤劣化,导致服役RC梁在达到设计年限之前就不满足安全使用的要求。因此开展RC梁在盐雾环境下的耐久性及损伤机理研究具有重要的理论意义与工程应用价值。本文依托国家自然科学基金重大科研仪器研制项目“复杂环境下结构疲劳实验系统研制”(No.11627802),研究RC梁盐雾环境与荷载耦合作用加速试验方法,建立盐雾加速试验环境谱并开展加速试验研究,进一步通过理论分析、有限元数值仿真等方法,对受盐雾腐蚀的RC梁承载能力劣化、氯离子浓度变化、钢筋锈蚀规律及损伤机理展开研究。主要研究工作及成果如下:(1)建立了盐雾环境与荷载耦合作用加速试验方法。通过对自然环境的调查得出自然盐雾环境谱,确定出加速试验环境谱中各环境因素的量值,运用当量关系对自然盐雾环境谱参数进行折算,确定出加速试验环境谱中各环境因素作用时间比例,得出盐雾加速试验环境谱。进一步开展盐雾加速腐蚀试验,得出加速试验腐蚀6.2051d相当于自然盐雾环境下腐蚀1年的当量折算关系。(2)开展了荷载耦合作用下RC梁盐雾环境加速腐蚀试验,通过试验数据回归分析得出混凝土表面氯离子浓度时变规律和氯离子扩散系数时变规律,并对Fick第二定律进行修正,在此基础上得出钢筋表面氯离子浓度时变规律。(3)对盐雾腐蚀后RC梁承载能力试验数据进行对比分析,结果表明荷载耦合作用下RC梁承载能力劣化程度是无荷载作用RC梁的2倍左右,是带裂缝RC梁的1.2倍左右,由此得出荷载耦合作用主要通过生成梁体裂缝的方式,加速盐雾腐蚀速率。(4)通过对盐雾腐蚀后的RC梁钢筋进行取样,总结归纳出不同工况、不同腐蚀周期RC梁钢筋锈蚀损伤特征,并根据相关研究成果和试验数据,建立了盐雾环境与荷载耦合作用下锈蚀RC梁承载能力时变模型。(5)利用ABAQUS有限元软件,建立了锈蚀RC梁数值仿真模型,并与试验数据进行对比,验证数值模拟可靠性。在此基础上分析了10%、15%、20%锈蚀率的RC梁承载能力衰退规律。
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