【摘要】：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)從發(fā)明到應(yīng)用推廣,已經(jīng)發(fā)展超過(guò)百年,其主要組成部分混凝土和鋼筋也有了巨大的發(fā)展變化。我國(guó)在鋼筋材料的研究發(fā)展上,相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家略有滯后。2010版的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中屈服強(qiáng)度為400MPa和500MPa的鋼筋成為主力鋼筋,600MPa級(jí)的鋼筋也開(kāi)始應(yīng)用于實(shí)際工程。高強(qiáng)鋼筋的發(fā)展和普及是大勢(shì)所趨,推廣應(yīng)用的前提是對(duì)高強(qiáng)鋼筋力學(xué)性能的完整認(rèn)識(shí)。另一方面,地震災(zāi)害頻繁發(fā)生,混凝土結(jié)構(gòu)在反復(fù)荷載下的破損時(shí)有發(fā)生,縱向受力鋼筋在反復(fù)荷載下的性能也值得關(guān)注。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)大規(guī)模的長(zhǎng)時(shí)間使用,讓人們發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)的耐久性不是理想中那么完美。在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中,在某些侵蝕性介質(zhì)的影響下,混凝土中的鋼筋發(fā)生銹蝕不可避免。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋼筋銹蝕后的力學(xué)性能變化已經(jīng)有過(guò)一些研究,但主要集中在單調(diào)受拉或重復(fù)加載方面,對(duì)其承受拉壓往復(fù)荷載的性能研究非常有限。而近年來(lái)地震災(zāi)害頻發(fā),老舊混凝土結(jié)構(gòu)和受腐蝕介質(zhì)影響出現(xiàn)耐久性退化的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),在地震作用下的性能變化是急需了解的問(wèn)題。本文主要圍繞這兩個(gè)方面展開(kāi)研究。(1)本文通過(guò)研究大量文獻(xiàn),回顧了鋼筋模型發(fā)展完善的歷程,總結(jié)了在各個(gè)發(fā)展階段中最具代表性的經(jīng)典鋼筋模型,討論了模型的進(jìn)展和不足之處�？紤]到地震中鋼筋的受力特點(diǎn),著重討論了往復(fù)荷載作用下的鋼筋低周疲勞模型,以及在此類(lèi)鋼筋模型中引入銹蝕影響的可能性。(2)采用自主改造的鋼筋往復(fù)荷載試驗(yàn)機(jī),對(duì)HRB400、HRB500和HRB600級(jí)鋼筋進(jìn)行了一系列的單調(diào)加載和變幅往復(fù)加載試驗(yàn)。試驗(yàn)考察了在單調(diào)壓荷載下,不同長(zhǎng)細(xì)比鋼筋試件的力學(xué)性能變化,討論了縱向受力筋在無(wú)約束長(zhǎng)度增加后可能出現(xiàn)的受力特征,以及由此引起的承載能力變化。在往復(fù)荷載試驗(yàn)中,比較了不同強(qiáng)度等級(jí)鋼筋,在不同長(zhǎng)細(xì)比下的抗震性能和破壞特點(diǎn),為更準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)新推廣的HRB500鋼筋和尚未完全應(yīng)用的HRB600鋼筋性能,提供了試驗(yàn)依據(jù)。(3)采用外覆濕鹽砂,穩(wěn)壓電源通直流電的方法,使放置于混凝土板中的鋼筋加速銹蝕,制備了一批不同直徑,不同銹蝕程度的銹蝕鋼筋試件。試驗(yàn)制備的銹蝕鋼筋與實(shí)際工程中,氯離子侵蝕影響下發(fā)生的鋼筋銹蝕特征接近。驗(yàn)證了采用這種方法獲取銹蝕鋼筋用作研究的可行性和合理性。(4)對(duì)加速銹蝕方法得到的銹蝕鋼筋試件進(jìn)行了一系列低周疲勞試驗(yàn),以考察銹蝕鋼筋的抗震性能,得到了銹蝕鋼筋在低周疲勞荷載下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)現(xiàn)象。另外,本文基于獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,在已有完好鋼筋低周疲勞壽命模型的基礎(chǔ)上,成功的引入了銹蝕參數(shù)的影響,建立了銹蝕鋼筋的疲勞壽命模型,并且與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較為良好。(5)對(duì)處于氯離子侵蝕環(huán)境中的鋼筋混凝土構(gòu)件,將已有的銹蝕發(fā)展時(shí)變模型與銹蝕鋼筋力學(xué)性能退化模型相結(jié)合,先對(duì)沿海地區(qū)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)銹蝕程度進(jìn)行了預(yù)測(cè),此后采用OPENSEES非線性有限元程序?qū)︿摻钿P蝕后混凝土柱的抗震性能進(jìn)行分析計(jì)算,定量的描述了時(shí)程退化對(duì)鋼筋混凝土柱抗震性能的影響。為評(píng)估此類(lèi)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期服役后的力學(xué)性能變化提供了參考。(6)以鋼筋混凝土橋墩柱為對(duì)象,采用增量動(dòng)力分析方法進(jìn)行了非線性動(dòng)力時(shí)程分析,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了結(jié)構(gòu)易損性分析,得到了橋墩柱在鋼筋銹蝕前后的地震響應(yīng)和失效概率變化。更清晰地認(rèn)識(shí)了銹蝕對(duì)鋼筋混凝土墩柱抗震性能的影響,為發(fā)生鋼筋銹蝕的橋墩抗震性能評(píng)估提供理論依據(jù)。
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【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TU375
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本文編號(hào)：2279229