干濕循環(huán)和氯離子腐蝕環(huán)境下鋼筋混凝土橋墩的抗側(cè)向沖擊性能研究.pdf

1、處于海洋環(huán)境下的水工混凝土結(jié)構(gòu)，由氯離子侵蝕而導(dǎo)致的鋼筋銹蝕已經(jīng)成為影響結(jié)構(gòu)耐久性的最主要因素。隨著沿海及跨海橋梁建設(shè)的迅猛發(fā)展，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在其服役周期內(nèi)不可避免地面臨極端動(dòng)態(tài)荷載環(huán)境。嚴(yán)重橋梁船撞事故的發(fā)生頻率呈明顯上升趨勢(shì)，橋墩撞擊問題也越來越受到關(guān)注。而橋墩被撞擊部位恰恰是其受水位影響的干濕循環(huán)腐蝕區(qū)，也是整個(gè)橋墩受到腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域。由于沖擊荷載的瞬變和局部加載特性，在沖擊荷載作用下材料的動(dòng)態(tài)特性和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)均不同于靜載情況

2、。橋墩作為橋梁結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件，其性能影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。因此，迫切需要開展干濕循環(huán)和氯離子腐蝕環(huán)境下鋼筋混凝土橋墩抗側(cè)向沖擊性能的研究。
　　本文對(duì)典型銹蝕鋼筋混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。首先通過銹蝕鋼筋混凝土梁的彎曲分級(jí)重復(fù)加載試驗(yàn)，研究腐蝕率對(duì)鋼筋混凝土梁的力學(xué)性能的影響。然后，通過15個(gè)鋼筋混凝土墩柱模型的試件進(jìn)行通電加速腐蝕和干濕循環(huán)腐蝕試驗(yàn)后，采用落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)模擬鋼筋混凝土橋墩受到的側(cè)向沖擊，

3、深入研究鋼筋銹蝕和干濕循環(huán)對(duì)墩柱抗多次側(cè)向沖擊性能的影響。接著，基于通用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA進(jìn)行未銹蝕的、氯離子腐蝕的和干濕循環(huán)腐蝕的鋼筋混凝土橋墩的側(cè)向沖擊性能數(shù)值模擬并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。并分別分析主筋腐蝕率、撞擊速度和次數(shù)以及撞擊接觸面結(jié)構(gòu)形式等各個(gè)因素對(duì)鋼筋混凝土橋墩抗沖擊性能的影響。最后，采用支持向量機(jī)方法對(duì)重復(fù)荷載下受腐蝕的鋼筋混凝土梁的力學(xué)性能和受腐蝕鋼筋混凝土柱的沖擊性能進(jìn)行了預(yù)報(bào)。本文的主要研究成果如下

4、：
　　1)通過試驗(yàn)得到銹蝕鋼筋混凝土梁的裂縫寬度與鋼筋腐蝕率的關(guān)系和荷載-撓度曲線，并通過修正構(gòu)件不同腐蝕率的折減系數(shù)，給出了重復(fù)荷載下腐蝕梁抗彎承載力計(jì)算公式和開裂荷載計(jì)算公式。
　　2)不同腐蝕率試件在多次沖擊荷載作用下破壞形態(tài)不盡相同。未腐蝕試件和低腐蝕率試件的破壞模式是由橫彎裂縫和斜剪裂縫共同控制的彎剪破壞，而試件裂縫的開展由未腐蝕試件均勻向試件兩端擴(kuò)展轉(zhuǎn)變?yōu)槠蛟嚰芨g區(qū)域即墩柱底端的擴(kuò)展。中腐蝕率試件主要破壞

5、模式為斜剪裂縫控制導(dǎo)致的彎剪破壞，高腐蝕率試件在多次側(cè)向沖擊下呈現(xiàn)無預(yù)兆的突然破壞，為彎剪和銹脹共同作用的破壞。
　　3)高腐蝕率試件各沖擊工況下的加速度幅值（絕對(duì)值）較小，而低腐蝕率試件在各工況下的加速度幅值較大，少量的鋼筋銹蝕對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度有部分的提高。隨腐蝕率的提高，試件的延性降低，沖擊荷載下的耗能能力降低。
　　4)試件受拉區(qū)鋼筋隨著腐蝕率的增加，各工況的峰值應(yīng)變和平均應(yīng)變均出現(xiàn)相應(yīng)降低。隨著沖擊力的增大，鋼筋歷經(jīng)彈性

6、到屈服到強(qiáng)化階段，應(yīng)變相應(yīng)增大；當(dāng)鋼筋到達(dá)其極限應(yīng)變，也就是緊縮階段，隨著沖擊力的增大，鋼筋應(yīng)變降低。
　　5)基于HJC本構(gòu)模型、脆性損傷本構(gòu)模型、蓋帽本構(gòu)模型和混凝土損傷本構(gòu)模型等四種常用混凝土動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，其中HJC本構(gòu)模型和混凝土損傷本構(gòu)模型能較好地描述混凝土沖擊問題。
　　6)通過幾何模型上預(yù)設(shè)順筋初始銹脹裂紋能夠較好反映混凝土墩柱氯離子腐蝕和干濕循環(huán)腐蝕的初始環(huán)境損傷，數(shù)值仿真結(jié)果