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原文传递干湿循环和氯离子腐蚀环境下钢筋混凝土桥墩的抗侧向冲击性能研究

论文题名：	干湿循环和氯离子腐蚀环境下钢筋混凝土桥墩的抗侧向冲击性能研究
关键词：	钢筋混凝土桥墩;氯离子腐蚀;干湿循环;侧向冲击;脆性损伤
摘要：	处于海洋环境下的水工混凝土结构，由氯离子侵蚀而导致的钢筋锈蚀已经成为影响结构耐久性的最主要因素。随着沿海及跨海桥梁建设的迅猛发展，钢筋混凝土结构在其服役周期内不可避免地面临极端动态荷载环境。严重桥梁船撞事故的发生频率呈明显上升趋势，桥墩撞击问题也越来越受到关注。而桥墩被撞击部位恰恰是其受水位影响的干湿循环腐蚀区，也是整个桥墩受到腐蚀最严重的区域。由于冲击荷载的瞬变和局部加载特性，在冲击荷载作用下材料的动态特性和结构的响应均不同于静载情况。桥墩作为桥梁结构的重要构件，其性能影响到整个结构的安全性和耐久性。因此，迫切需要开展干湿循环和氯离子腐蚀环境下钢筋混凝土桥墩抗侧向冲击性能的研究。　　本文对典型锈蚀钢筋混凝土构件的力学性能进行了较为系统的研究。首先通过锈蚀钢筋混凝土梁的弯曲分级重复加载试验，研究腐蚀率对钢筋混凝土梁的力学性能的影响。然后，通过15个钢筋混凝土墩柱模型的试件进行通电加速腐蚀和干湿循环腐蚀试验后，采用落锤冲击试验机模拟钢筋混凝土桥墩受到的侧向冲击，深入研究钢筋锈蚀和干湿循环对墩柱抗多次侧向冲击性能的影响。接着，基于通用有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行未锈蚀的、氯离子腐蚀的和干湿循环腐蚀的钢筋混凝土桥墩的侧向冲击性能数值模拟并与试验结果进行对比。并分别分析主筋腐蚀率、撞击速度和次数以及撞击接触面结构形式等各个因素对钢筋混凝土桥墩抗冲击性能的影响。最后，采用支持向量机方法对重复荷载下受腐蚀的钢筋混凝土梁的力学性能和受腐蚀钢筋混凝土柱的冲击性能进行了预报。本文的主要研究成果如下：　　1)通过试验得到锈蚀钢筋混凝土梁的裂缝宽度与钢筋腐蚀率的关系和荷载-挠度曲线，并通过修正构件不同腐蚀率的折减系数，给出了重复荷载下腐蚀梁抗弯承载力计算公式和开裂荷载计算公式。　　2)不同腐蚀率试件在多次冲击荷载作用下破坏形态不尽相同。未腐蚀试件和低腐蚀率试件的破坏模式是由横弯裂缝和斜剪裂缝共同控制的弯剪破坏，而试件裂缝的开展由未腐蚀试件均匀向试件两端扩展转变为偏向试件受腐蚀区域即墩柱底端的扩展。中腐蚀率试件主要破坏模式为斜剪裂缝控制导致的弯剪破坏，高腐蚀率试件在多次侧向冲击下呈现无预兆的突然破坏，为弯剪和锈胀共同作用的破坏。　　3)高腐蚀率试件各冲击工况下的加速度幅值（绝对值）较小，而低腐蚀率试件在各工况下的加速度幅值较大，少量的钢筋锈蚀对结构的强度有部分的提高。随腐蚀率的提高，试件的延性降低，冲击荷载下的耗能能力降低。　　4)试件受拉区钢筋随着腐蚀率的增加，各工况的峰值应变和平均应变均出现相应降低。随着冲击力的增大，钢筋历经弹性到屈服到强化阶段，应变相应增大；当钢筋到达其极限应变，也就是紧缩阶段，随着冲击力的增大，钢筋应变降低。　　5)基于HJC本构模型、脆性损伤本构模型、盖帽本构模型和混凝土损伤本构模型等四种常用混凝土动态本构模型的数值模拟结果与试验结果基本吻合，其中HJC本构模型和混凝土损伤本构模型能较好地描述混凝土冲击问题。　　6)通过几何模型上预设顺筋初始锈胀裂纹能够较好反映混凝土墩柱氯离子腐蚀和干湿循环腐蚀的初始环境损伤，数值仿真结果与冲击试验结果对比吻合较好。　　7)通过修改原有计算建模的
作者：	杨帅
专业：	力学
导师：	王熙;方从启
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文