钢筋锈蚀对钢筋混凝土压弯构件性能影响的有限元分析

本文《钢筋锈蚀对钢筋混凝土压弯构件性能影响的有限元分析》由杨玥撰写，主要研究了钢筋锈蚀如何影响钢筋混凝土压弯构件在力学性能和工作机理方面的变化规律。钢筋的锈蚀会导致混凝土结构的耐久性受损，是影响结构安全性的常见因素。钢筋锈蚀会导致有效截面积减少、产生应力集中、力学性能变化以及局部锈蚀凹坑。同时，钢筋与混凝土之间的粘结强度也会受到影响，进而影响它们共同工作的性能。 研究者们已提出了多种模型来预测钢筋锈蚀量随时间的变化关系，这些模型考虑了混凝土强度、钢筋直径、保护层厚度、环境条件及使用时间等多个因素。当混凝土保护层碳化至一定程度，钢筋表面的钝化膜会被破坏，从而导致钢筋锈蚀。这个过程可以通过计算模型来预测钢筋开始锈蚀的时间和碳化残量。 钢筋锈蚀后的氧化产物体积膨胀，会对混凝土保护层施加锈胀力，导致保护层沿钢筋方向开裂甚至脱落。混凝土保护层开裂后，钢筋锈蚀速度会明显加快。国内外学者研究了锈蚀速度，并提出了一些计算模型，其中包括在混凝土保护层开裂前后的钢筋锈蚀速度和深度的计算表达式。 本文中，作者通过使用有限元方法对钢筋混凝土压弯构件进行数值模拟，建立了一个分离式模型来分析锈蚀钢筋混凝土压弯构件的承载力、延性和钢筋混凝土共同工作性能的变化规律。通过对比分析，作者在极限平衡理论的基础上提出了钢筋锈蚀压弯构件承载力的计算方法，并对一组快速锈蚀的偏心受压构件进行了试验验证。试验结果表明，计算方法有效，且与试验结果符合良好，从而证明了该方法在工程实践中的应用价值。 有限元方法作为一种有效的数值模拟手段，能够在理想条件下建立模型，便于读取各种数据，对试验条件的要求较小。在评估一般环境下钢筋锈蚀构件的力学性能随时间变化规律的研究中，本文考虑了钢筋锈蚀的影响，对压弯作用下的矩形截面短柱进行了模拟分析。通过对计算结果的对比分析，研究了在不同锈蚀程度下构件工作状态的变化规律。 本文的工作得到了国家自然科学基金的资助，对于钢筋混凝土结构耐久性设计提供了重要依据。文章的主要研究成果包括：对混凝土碳化和钢筋锈蚀对构件力学性能的影响进行了理论研究；通过有限元模拟，建立了一个考虑钢筋锈蚀影响的分离式模型；通过对模拟和试验结果的对比分析，提出了一个适用于钢筋锈蚀压弯构件承载力计算的模型。这些研究成果可以用于评估钢筋锈蚀对混凝土结构长期性能的影响，并对实际工程中钢筋混凝土结构的设计和维护具有重要的参考价值。