冻融环境含水率对墩柱混凝土劣化的影响研究.pdf
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1、结构抗震 :冻融环境含水率对墩柱混凝土劣化的影响研究收稿日期:作者简介:胡学亮(),男,硕士,高级工程师,从事道路与桥梁养护管理工作通信作者:方从启,男,博士,教授,博士生导师,从事混凝土结构耐久性、高等建筑材料和桥梁工程等研究胡学亮,郭保林,刘方洲,刘帅,方从启(山东高速集团有限公司,山东 济南 ;山东省交通科学研究院,山东 济南 ;上海交通大学船建学院,上海 )摘要:基于 有限元分析软件,利用 语言二次开发出混凝土内部含水率设定脚本,对钢筋混凝土墩柱进行有限元模拟。在钢筋混凝土墩柱内部水的质量分数分别为 ,的情况下对模型进行冻融模拟,利用关键词“”设定混凝土失效拉伸应变,对拉伸应变达到失效
2、拉伸应变的混凝土网格进行单元删除。以此研究探讨不同含水率对钢筋混凝土墩柱保护层的表观损伤、体积损失率与轴心荷载 位移变化规律等,建立钢筋混凝土墩柱在不同含水率下的冻融损伤预测模型。关键词:钢筋混凝土;墩柱;含水率;冻融中图分类号:文献标识码:文章编号:()引言混凝土是 世纪世界上最重要的建筑材料之一,其消耗量甚至接近于水。在人们的传统观念上,混凝土坚固无比,但是很大一部分混凝土在达到使用寿命之前就已经存在耐久性问题,如冻融循环、盐溶液腐蚀、碳化、碱骨料反应等 因素引起的钢筋锈蚀与混凝土开裂、剥落。以上因素在实际工程运用中往往会进行耦合从而加重对混凝土耐久性的影响,导致钢筋混凝土结构极限承载力下
3、降,最终发生各种安全事故。在发达国家,只有大约 的建筑资源被用于建设新设施中,剩下 的资源被用在现有结构的维修与保养中 。这使得钢筋混凝土结构的耐久性问题不得不被关注。等 通过研究发现混凝土开裂会导致其渗透性与扩散性上升,这会导致侵蚀介质更容易地接触到混凝土内部结构,从而加速混凝土结构的劣化。因此在预测建筑结构的耐久性与使用寿命时,若不考虑裂缝的影响,往往会高估结构的使用寿命而产生严重的后果。罗大明等 在混凝土结构耐久性评估与方法及工程实践经验的基础上,提出了构件、单元两层次,分为(),(),()三个等级,并且得出了耐久性裕度系数,对混凝土结构耐久性寿命的计算提供了评定原则与方法,这对于实际工
4、程运用中的混凝土结构耐久性评估方法提供了新的方向。徐文胜等 分析了混凝土结构在不同环境下受到的冻融损伤、复合盐腐蚀、强度失效和碳化侵蚀,揭示了复杂耦合条件下以及外加剂和掺合料对混凝土耐久性能劣化的协同效应,研究得出了盐侵冻融与碳化交替循环会暂时降低混凝土的毛细孔隙率,此工况将会造成更大的抗压性能损失,但会对混凝土的碳化深度起到一定程度的抑制作用。侯泽宇等 通过对不同配合比的混凝土进行质量、相对抗压强度、相对动弹性模量以及损伤层厚度变化分析,研究得出合理掺加矿物掺合料能够增强混凝土的抗盐侵蚀能力。此项研究可以运用于混凝土结构的维护和修补技术中,以增加结构的使用寿命与安全性。在混凝土耐久性研究方面
5、取得了丰富的成果,但是在混凝土内部含水率方面,由于实际试验过程中混凝土的孔隙率不同且水分在空气中会蒸发,无法准确设置 钢 筋 混凝 土结 构 的 内 部 含 水 量。本 研 究 基 于 有限元分析软件,设计出钢筋混凝土墩柱模型,并且利用 脚本精确设置了混凝土结构的内部含水率。在冻融环境下模拟水冻胀造成的混凝土保护层剥落,测试钢筋混凝土墩柱模型的表观损伤与体积损失率,并研究其轴心荷载 位移曲线等力学性能的变化规律,最终建立钢筋混凝土墩柱在不同含水率下的冻融损伤预测模型。有限元模型 模型尺寸与配筋钢筋混凝土墩柱模型规格设计如图 所示:墩柱高度为 ,圆柱截面直径为 ,混凝土等级为 ,保护层厚度为 ;
6、模型柱身纵筋全截面沿中心对称配置 根长度为 、直径为 的 级螺纹钢;箍筋设置为直径 的 级螺纹钢,加密区间距为 ,非加密区间距为 。为保第 卷 第 期年 月 山西建筑 证模型构件的整体性与稳固性,箍筋绑扎采用螺旋箍筋形式,采用螺旋式绑扎的钢筋骨架呈多个三角形紧密结合,相较于单箍绑扎更加牢固。?模型工况基于 有限元分析软件,模型见图 ,本模型利用 脚本对 进行二次开发,将混凝土网格中的部分混凝土材料转换为水,定义水在冻融环境下的体积膨胀系数。根据水的温度变化体积膨胀原理,对混凝土保护层造成挤压,设定“”关键词,对保护层区域的混凝土拉应变达到极限拉应变的混凝土网格进行单元删除,从而模拟保护层区域的
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