地下钢筋混凝土结构锈蚀损伤数值分析模型及其监测方法研究

摘要

城市的基础建设项目逐渐从地上建筑转移为地下建筑。然而地下结构所处环境较地上结构复杂。越来越多的建筑运营情况表明，地下建筑受诸多不利因素综合作用，加剧混凝土结构破坏进程，造成混凝土结构迅速劣化，最终使得地下建筑物提前破坏。并且在地下环境中工程的施工难度大、突发事件多、补救方式匮乏，因此对地下混凝土结构腐蚀损伤监测和损伤评估就成为必不可少的关键一环。文章对混凝土腐蚀损伤监测技术及混凝土结构内钢筋锈蚀模型进行研究。
　　首先对混凝土内钢筋锈蚀的研究现状进行阐述，对钢筋锈蚀的机理、保护层锈胀开裂的原因及过程进行了分析。研究了影响混凝土中钢筋锈蚀的主要因素，同时总结了混凝土内钢筋的锈胀力模型和混凝土内钢筋的锈蚀率模型。为后期模型提出及实现提供基础。
　　接着根据光纤传感技术的相关原理、特性和工程现场施工需求，设计出一种基于光纤传感技术的实时全过程监测装置。根据试验研究，实现了光纤光栅传感器对地下混凝土结构腐蚀损伤监测。在实验室条件下采用恒电流通电加速锈蚀试验法模拟腐蚀环境中混凝土结构腐蚀损伤开裂全过程的时变变化情况，并对试验的结果进行了分析。
　　随后通过对地下混凝土内钢筋锈蚀的机理的研究及试验的监测情况，将锈蚀过程中锈蚀产物向周围的扩散视为非规则形状随时间动态径向扩散。计算时将锈蚀产物沿环向离散为n个子区域，且每个子区域内锈胀体积的增加以位移增量形式等效，建立了考虑时变的离散型锈胀模型；以非线性弹簧模拟锈胀产物对混凝土的作用，混凝土采用弥散开裂模型，建立了钢筋混凝土锈胀损伤数值计算模型；提出基于离散型锈胀模式的混凝土结构损伤时变数值模型。
　　最后采用ABAQUS有限元分析软件结合离散型锈胀模式的混凝土结构损伤时变数值模型。针对钢筋处在不同保护层厚度角区、非角区等工况下钢筋锈胀全过程进行模拟研究。验证本文建立离散型锈胀模式的混凝土结构损伤时变数值模型与基于光纤传感的监测装置是可行的。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2国内外钢筋锈蚀研究现状

1.3国内外钢筋锈蚀监测的研究现状

1.4主要研究内容

第二章 钢筋混凝土结构锈胀机理

2.1概述

2.2混凝土中钢筋锈蚀的机理及分类

2.3保护层锈胀开裂的过程

2.4影响混凝土中钢筋锈蚀的主要因素

2.5钢筋锈蚀模型的研究

2.6小结

第三章 基于光纤光栅的结构锈蚀损伤全过程监测

3.1概述

3.2光纤光栅传感的原理

3.3混凝土结构锈蚀损伤传感器的设计

3.4混凝土结构腐蚀损伤监测试验

3.5试验结果与分析

3.6小结

第四章 基于离散型锈胀模式的混凝土结构损伤时变数值模型研究

4.1概述

4.2离散型锈胀模式的混凝土结构损伤时变数值模型原理

4.3 ABAQUS有限元分析

4.4有限元计算结果分析

4.5小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2创新点

5.3展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间的研究成果