微观模型

腐蚀相关债券恶化和钢筋混凝土结构的抗震能力

Kivell1,a . Palermo1 Scott1

1土木和自然资源工程系,克赖斯特彻奇,8140年,新西兰坎特伯雷大学。

文摘

钢筋混凝土结构依靠钢筋,与混凝土一致,生产所需的必要的延性行为抵抗地震荷载。腐蚀是影响债券性能和足够的债券损失这两个材料引入了风险增加之间通过抗拔钢筋的脆性破坏。强化是通过结构的最大压力在塑性铰区域,详细的断裂之前撤出。这些地区的主要位置开裂破坏,加剧腐蚀敏感性后哪怕是轻微的地震。桥梁和码头在海洋环境中与这些关键地区特别容易恶化与高度积极的“浪溅区”。这变得特别重要,或设计不良结构已在塑性铰区域设计圈

本文将评估债券退化由于腐蚀的影响地震的行为。它遵循的一系列实验撤军循环测试进行腐蚀钢筋。测试评估两个参数;腐蚀的程度,从0%到25%不等截面损失,以及减少监禁与围钢的腐蚀。从这个测试数值粘结滑移模型开发,包括腐蚀和降低约束的影响。本文利用开发模型在一系列multi-spring模型,模拟钢筋的发展和桥梁桥墩塑性铰区域在不同水平的恶化。分析然后进行退化成键条件下确定地震的易感性。分析发现,夹杂物的腐蚀效应导致位移增加,强度降低,改变了延性和整体抗震性能降

介绍

钢筋混凝土结构在他们的生活恶化,特别是受到积极的环境设计师体谅加速恶化在这些环境中,以保证结构的耐久性。改善混凝土材料特性和额外的混凝土保护层通常用来增加对加强保护。尽管这些措施,开裂的结构在服务和自然灾害可以限制这些措施的有效性。

最终损害导致结构遭受腐蚀的加速率,影响其强度、刚度和延性。而降低强度可以松散与减少酒吧区、刚度和延性的影响与更复杂的机制,其中一个是债券恶化。钢筋混凝土的关键假设分析是钢筋和周围的混凝土之间完美的结合。包含债券由于腐蚀性能下降,债券变形可能成为部门和成员的一个重要因素响(Corronelli Mulas,2001)

腐蚀产物的累积影响周围的钢筋和混凝土之间的粘结。腐蚀性能影响显著的结构元素,如图所示由Al-Hammoud Souudki et al。(2010)。锈蚀混凝土构件的抗震性能研究实验(Ou齐藤,Oyado et al。2007年,蔡et al . 2010年)和数字(Biondini Camnasio et al . 2010年)减少力量但更重要的是延性,有时导致崩溃改变机制。

腐蚀结构在地震荷载作用下的性能可能受损,改变变形机制(Biondini、巴勒莫et al . 2011年)从下所需的容量设计原则(1992年集集大,普里斯特利)。退化的结合也会影响最近开发设计方面,依靠债券发展导致撤军而不是破裂嵌入式加固。

最近的实验调查,如那些由欧,蔡et al(2010),看着腐蚀列性能,发现由于更高的伤害水平横向钢筋,标本的失败从韧性剪切钢筋的弯曲未能与断裂不良管理最终的行为。

本文旨在调查债券恶化的影响由于腐蚀钢筋混凝土结构的抗震性能60单调和循环拉拔力测试腐蚀钢筋混凝土标本,与腐蚀水平从0%到25%不等的质量损失。除了这些,其他标本包括围钢量的变化来模拟损失约束与围钢的腐蚀。这些实验结果被用于开发一个腐蚀和监禁依赖粘结滑移模型。钢筋混凝土的数值multi-spring造型关节,模仿一个码头基础连接在塑性铰区域,进行全方位的恶化与备抵债券滑脱。

债券积极环境下测试

债券性能主要依赖许多因素:混凝土抗压强度、监禁和表面的栏(变形或圆)(1992年集集大,普里斯特利)。累积腐蚀产物会增加径向压力的增强,对加强最初增加摩擦应力,增加债券破裂压力可忽视地直到2 - 5%损失的部分(方舟子,朗格et al . 2004年)。在这些水平的腐蚀,循环荷载时,应力衰减随腐蚀由于径向压力结合机械行为增加开裂应力(方,2006)。

图1:情节单调拉拔力与水平下的键断裂应力腐蚀(凯威尔,2011);

损害周围的混凝土,通过破解,然后随腐蚀水平,缓解内部压力和减少债券能力循环和单调加载(凯威

尔,2011)。的一些将军发现凯威尔(2011)1和图2所示,腐蚀造成重大损失债券单调和循环加载条件下的性能。

图2:未腐蚀的腐蚀(灰色)和20%(虚线)循环债券表现。(凯威尔,2011)

微观模型

在1980年的研究（Eligehausen, Popov et al. 1983）开发了一个全面的模型为了循环债券未腐蚀的性能。这种循环模式将被用作分析的基础数据收集和基于使用封装的能量stress-slip关系确定债券的水平下降。

该循环仿制德国债券（Kivell, 2011）由两个主要部分，首先，单调的后盾”曲线。第二，环组件。如

图1所示。循环模型可以分为五个主要部分，我们可以看到在图1。这些部分的描述和他们的计算遵循下图。

图1:a)单调的后盾”模型;b)循环的一般组成债券模型

1， 单调的后盾”曲线：代表单调撤军行为和提供了最大的粘结应力,可以发生在一个给定的

滑，“后盾”曲线依赖于混凝土、钢和钢筋的几何属性和环境。包含在本文档是保障改变最初的“后盾”值取决于;腐蚀水平恶化和约束水平。

2， 损害影响单调信封：当债券应力超过90%的破裂和加载逆转，损害开始积累由于破碎和

周围混凝土的开裂。这种债券可以达到减少压力,减少单调——骨信封。确定损坏的损伤影响的方法单调信封为不同程度的腐蚀和监禁。 3， 初始卸载阶段：当加载逆转有一个初始阶段,有一个弹性混凝土钢筋肋前反弹。在当前的

数值模型区域的值将被0.8 MPa /毫米。第三阶段发生在逆转发生在任何其他阶段和持续的刚度“k”第一阶段的价值之前,2、4或5。类似地,如果完成卸货不发生那么加载将继续这条路到第1阶段,2、4或5。

4， 卸载滑动阶段:代表滑动的钢筋周围混凝土。这部分由压力值1。这取决于混凝土、钢和

钢筋的几何属性和环境。 5， 加载滑动阶段：实验结果显示现象,债券压力增加最大滑动接触。为了捕捉这行为采用幂

函数。

MULTI-SPRING循环抗拔模型

腐蚀影响债券所示性能,但其影响强化发展很难评估在实验室由于空间和材料的限制，根据这个推断是当选的实验结果来确定腐蚀的影响债券发展使用数值, multi-spring模型。所选模型示意图如下图2所示，在一系列的弹簧钢元素在相等的时间间隔有关债券春天元素连接到一个固定的基地。

图2:左:multi-spring撤军图模型;右:身体状况

该模型中实现Ruaumoko 3 d（Carr2010），基于NZS3101:2006开发长度，它被选为使用保税长度625毫米的模型,由125年5毫米泉。加载协议由非弹性10日周期的钢筋在97%（205 kN）超额的压力（212.1kN）（2006年新西兰标准），其次是增加负载,直到拉拔力或压力破裂了。

主变量追究其对债券发展腐蚀的影响水平，介于0%和20%之间,而限制这是完全封闭或无侧限。使

用未受腐蚀的分析, 完全局限在T0的粘结强度值30 MPa和20 MPa,然后按照腐蚀和减少限制状态。

在模型中，“拉出”定义为当终端粘结滑移超过S1（0.3mm），此时债券能力可以不再增加和酒吧将进一步拉拔力如果加载。“终端”被定义为从加载端钢筋最远的。

图3显示了死胡同滑断裂之间的关系经过十非弹性周期和腐蚀级别,因为T0 分别等于30 Mpa和20Mpa时，杆断裂负荷没有考虑减少杆断裂强度与部分损失。

图3:比较死胡同滑断裂和腐蚀水平完全承压和非承压模型使用T0 = 30 MPa(左)和T0 = 20 MPa(右)，钢筋空心制造商指示撤离。

在图3中，死胡同都显示为一小部分破裂滑动与增加NZS3101:2006腐蚀钢筋的详细级别，好局限条件下才发生破裂高水平的腐蚀发生，腐蚀在这样的水平很可能债券结构性能退化的关键问题。结果表明,腐蚀程度的8%可以通过拉拔力导致失败当可怜的监禁。大多数结构约束提供了这两种极端情况之间。

应变的深度渗透变得明显时沿钢筋应变。Figure4左肘显示了独特的象征的应变，这个位置是应变的深度渗透。Figure4所示，当比较不同应变渗透率值水平的限制，腐蚀和未腐蚀的破裂压力，

常见的趋势观察。约束的影响显著,并在20 MPa最为明显,无侧限曲线应变渗透深度的近200毫米破裂发生之前存在腐蚀和显著增加超过5%,监禁的明显影响可以看到再一次删除约束导致了相当于15%腐蚀损坏。

图4：左：压力滑移沿杆长杆断裂后10非弹性加载周期，完全封闭。T0 = 30 MPa.（箭头显示增加程度

的腐蚀,0%,10%,15%和20%）。右：应变穿透深度的部分保税长度为承压（实线）和非承压（虚线）的初始粘合强度值30 Mpa（黑色）和20 Mpa（灰色）。

MULTI-SPRING时刻曲率模型

建模压力发展显示的腐蚀和损失约束对应变的影响渗透和联结破裂，这是决定调查这些影响moment-curvature行为的钢筋混凝土部分。Multi-spring开发模型复制的塑性铰区域轴向加载成员在不同水平的恶化。本质上这是纤维模型(Spiethz,2004),允许在钢铁和混凝土纤维之间的界面粘结滑移。因素包括在分析纵向钢筋的腐蚀程度(%)，水平的限制（要么完全被限制，在塑性铰区域，或无侧限在非地震详

细描述不详细,允许任何减少诱导通过围钢的腐蚀）。

图表显示的概念模型如图5所示，模型包括两个主要部分。第一个是摇架,中心轴向载荷和实施应用，这部分被允许旋转和垂直移动，作为一个脊的身体移动。钢筋在这摇摆架通过联结允许相对运动。第二部分是固定基础,反映了受各个方向限制的框架。这样布置一个倾翻力矩荷载使得框架部分旋转。基于作用力矩和旋转摇摆架弯矩-曲率的运动轨迹即确定了。

图5：左：多数弹力弹塑性铰确定的弯矩—曲率图表。右：模型部分

结构推覆分析结果

单调结构推覆分析分析使用250 kN的轴向负荷(1.56 MPa部分)。再次论文进行了一系列腐蚀级别之间完全限制或无侧限条件下0%和20%。在所有的400 mm×400 mm模型将钢筋面积不减少由于腐蚀。模型校准对Response2000(Bentz,2000),部分分析软件包之前,被发现是一致的行为极限曲率的一半,超过这个几何变化结合包含债券滑移意味着确定极限曲率在Response2000与发现不一致。

这是指出破碎发生在钢筋屈服前最外层的弹簧。这种脆性行为很常见在模型少提供了健壮的焊接由于减少监禁或增加腐蚀。这些因素都增加了压力渗透,所以需要增加诱发钢筋屈服曲率和更高的中性轴。减少中性轴深度减少压缩混凝土的面积,从而增加压力压缩混凝土。

当看着未腐蚀的完全限制行为在图6中,很少有区别0%(在T0 = 30 MPa)和未腐蚀的模型使用T0 = 20 MPa,撤军之前失败的发生。键断裂才发生腐蚀降解是在非常高的水平。

图6:结构推覆分析400毫米×400毫米的分析部分使用键属性:T0 = 20 mpa,?=完全局限和腐蚀程度的0%,10%和20%,其中包括与T0 = 30 mpa(灰色)。

当比较与无侧限完全关键(图6)键(图7),更大的差异。减少监禁在失效机理引起了重大转变从主要酒吧破裂到酒吧撤军,与所有模型显示撤军失败,即使没有腐蚀。这不同于抗拔模型试验退出没有发生在无侧限,T0 =

20 MPa标本,直到8.5%腐蚀,这种不一致是由于几何模型之间的差异。这种行为显示了不同的结构性债券降解可以诱导行为,其中最明显的是减少裂缝开始后的刚度。第二个在最终时刻可能减少由于抗拔能力和极限曲率失败。

图7:结构推覆分析 400毫米×400毫米的分析部分使用键属性:T0 = 20 mpa,无侧限和腐蚀程度的0%,和20%,包括与“T0 = 30 mpa,完全被限制” 循环推拉的结果

循环组成的推挽式分析增加应用力矩进行了使用相同的multi-spring模型来评估债券恶化滞回行为的影响。这些影响在图8可见滞后环的非弹性的第三个载荷循环加载显示为0%,10%和20%完全密闭条件下腐蚀。增加债券恶化带来的缩小滞后回路诱导刚度退化。这是归因于增加钢筋滑移由于减少债券刚度,以及增加压力渗透由于减少粘结强度。这两个介绍在钢筋松弛转变从压缩到紧张。

图8:3种非弹性周期滞后循环腐蚀水平在T0 = 30 mpa 0%和20%之间,完全封闭。包括与完美的结合情况。

图9:退化弯矩-曲率滞回行为的400毫米×400毫米多弹簧债券退化模型在0%和20%之间腐蚀使用完全限定条件。

刚度滞回行为的又一个高度影响特征当腐蚀水平增加。为封闭模型,如图9所示,recentering行为观察前收益率的部分,有限的卸载和重新加载曲线之间的区域。然而,当完美结合是实现加载和卸载曲线相吻合。虽然这似乎显示额外的能量耗散,事实上,钢铁保持弹性,没有发生耗散。,减少或推迟钢铁产量,增加压力渗透,导致降低损耗,可以从减少滞后‘肥胖’在高水平的恶化。

更多的分析确定影响约束对滞回行为的损失。由于拉拔力发生腐蚀和强度降低20%在较低水平的腐蚀不可能决定使用相同的负载循环行为政权对所有模型。尽管如此明显的滞回行为的差异明显,可以看到从图10。5%腐蚀提供了最佳的性能,与类似的滞回特性在标本。一个强大的主题图10所示重新定心由于旗形轴向载荷滞后循环混合后张摇摆系统中最常见(普利斯特里等人,1999)。这可以归因于钢筋应变渗透粘结长度的类似庄园剔骨地区出现在混合后张摇摆系统。

图10:退化弯矩-曲率滞回行为的400毫米×400毫米multi-spring债券退化模型使用无侧限条件下腐蚀之间的0%和20%。

有趣的是,回到中心位置行为不是观察过去收益率在5%恶化。这是归因于较高断裂应力的组合,结合高滑动强调键断裂。图11显示如何腐蚀5%,滑动应力超过两倍的未受腐蚀的情况。增加断裂应力后,比例上滑动时无侧限压力行为假设,负责改进的滞回行为恶化5%。这是因为破裂时,债券的抵抗是未受腐蚀的情况下的两倍,所以在应变渗透部分开发更多的债券,以及额外的滑动应力。这部分的准确性之间的插值模型的有限高腐蚀的实验测试,在酒吧和轻腐蚀无侧限酒吧使用。这将是公平地说,没有约束抵抗腐蚀产物产生的膨胀压力,摩擦应力的增加可能是否定混凝土保护层的开裂。

图11:左:正常初始滑动应力随着级别的腐蚀。右:比较未腐蚀的非承压性能和腐蚀性能无侧限5%。 局限性

400 mm×400 mm模型是为了只显示债券恶化对弯矩-曲率行为的影响在一个简化的混凝土部分。出于这个原因,许多因素会存在于一个类似的准尺寸和恶化的现实表示列被排除在外,几个关键的讨论如下。

不同约束用于成键的时候,限制对混凝土的影响,不包括前后,破碎性能。这是有关在确定混凝土在箍筋和混凝土,监禁或缺乏,起着重要的作用。

曲率决心通过摇摆架旋转分工具体弹簧的长度的摇摆模型的接口。的有效性实施有限的距离,与债券相关,陷入一个本质上任意间隙宽度会影响行为。现象的进一步调查通过更准确的表示(有限元建模)需要提供更多的洞察的规模粘结滑移效应影响的行为。 结论

腐蚀和约束水平依赖循环粘结滑移模型中实现几个数值模型来评估恶化债券性能对结构行为的影响。最初,保税加固长度的方式模仿下循环取出,装入。从这个测试是确定酒吧酒吧前撤军会发生破裂只在高水平的腐蚀(> ~ 18%)随着现代详细提供的约束,但在无侧限条件下,拉拔力发生在低到中等水平的恶化(8 - 14%)。应变的渗透还发现与腐蚀的程度增加,但也更加依赖约束水平。一系列push-over分析的结果进行清楚地表明,受损的焊接由于失去约束有一个时刻曲率行为的影响腐蚀产物的积累恶化列。这两个因素导致了失败通过拉出来,由于其脆性性质是相当不受欢迎。减少刚度与债券相关的恶化及其应变增加渗透现在关心地震应用程序的两个点。首先,增加能量耗散应变渗透影响,成员

产量在大曲率和减少酒吧菌株在给定曲率其次,增加P-Δ影响导致整体结构的稳定性降低。

不同约束用于成键的时候,限制对混凝土的影响,不包括前后,破碎性能。这是有关在确定混凝土在箍筋和混凝土,监禁或缺乏,起着重要的作用。

曲率决心通过摇摆架旋转分工具体弹簧的长度的摇摆模型的接口。的有效性实施有限的距离,与债券相关,陷入一个本质上任意间隙宽度会影响行为。现象的进一步调查通过更准确的表示(有限元建模)需要提供更多的洞察的规模粘结滑移效应影响的行为。 结论

腐蚀和约束水平依赖循环粘结滑移模型中实现几个数值模型来评估恶化债券性能对结构行为的影响。最初,保税加固长度的方式模仿下循环取出,装入。从这个测试是确定酒吧酒吧前撤军会发生破裂只在高水平的腐蚀(> ~ 18%)随着现代详细提供的约束,但在无侧限条件下,拉拔力发生在低到中等水平的恶化(8 - 14%)。应变的渗透还发现与腐蚀的程度增加,但也更加依赖约束水平。一系列push-over分析的结果进行清楚地表明,受损的焊接由于失去约束有一个时刻曲率行为的影响腐蚀产物的积累恶化列。这两个因素导致了失败通过拉出来,由于其脆性性质是相当不受欢迎。减少刚度与债券相关的恶化及其应变增加渗透现在关心地震应用程序的两个点。首先,增加能量耗散应变渗透影响,成员

产量在大曲率和减少酒吧菌株在给定曲率其次,增加P-Δ影响导致整体结构的稳定性降低。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2vag.html