考虑锈蚀影响的钢筋滞回本构模型及结构地震反应研究

• 作 者: 雷燕云
• 出 处: 浙江大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 钢筋 MP滞回本构模型 锈蚀 钢筋混凝土结构 地震反应分析

钢筋应力-应变滞回本构模型是影响钢筋混凝土结构地震反应计算结果的重要因素之一,既有的钢筋滞回本构模型不考虑锈蚀的影响,不能精确模拟锈蚀钢筋在地震作用下的力学特性,导致含有钢筋锈蚀的服役结构抗震性能缺乏有效的计算方法。本文以建立锈蚀钢筋的滞回本构模型为目的,以最常用的钢筋本构——MP模型为基础,改进了既有模型中不合理的应力-应变路径;对人工腐蚀试验得到的锈蚀钢筋进行单调和循环荷载试验研究,标定了锈蚀钢筋滞回本构模型所需的材料参数;用本文建立的锈蚀钢筋滞回本构模型分析考虑钢筋锈蚀作用的桥墩滞.回性能,评价锈蚀对服役桥墩结构抗震性能的影响。论文的主要工作有以下几个方面:(1)提出用材料弹性域半径判断小幅循环的方法;将小幅循环分为两种类型,提出小幅反转点重新赋值的方法修正既有MP模型中不合理的应力-应变路径。(2)比较MP模型及修正双曲面模型对HRB400带肋钢筋试验应力-应变曲线的模拟效果,分析两种模型的优缺点。(3)采用中性盐雾试验获得锈蚀钢筋试件,以截面损失率描述钢筋的锈蚀程度;通过单调和循环加载试验测定适用于不同锈蚀程度HRB400带肋钢筋的MP模型材料参数。(4)应用修正的MP钢筋模型和Mander混凝土模型开发了钢筋混凝土空间纤维梁单元弹塑性分析程序;以一座35米跨径的两跨钢筋混凝土连续梁桥为例,分析纵筋和箍筋锈蚀对桥墩抗震性能的影响。论文得到以下几点主要结论:(1)钢筋在反复荷载下的履历曲线计算结果表明,经过本文修正的MP模型可以消除原计算模型中存在的在小幅卸载再加载应变履历下不合理应力路径问题。(2)修正双曲面模型虽然可以模拟屈服平台的变化,但是计算过程相对较复杂,且收敛性差、计算效率低,因此实用性不及MP模型。(3)锈蚀对钢筋的材料强度及滞回环形状影响较小,但会降低钢筋的延性。因此,在钢筋混凝土结构的抗震性能分析中,若钢筋锈蚀率和应变均不超过10%,可以通过折减钢筋截面积的方法考虑锈蚀影响。(4)数值分析结果表明,纵向钢筋的锈蚀会导致桥墩承载力与耗能能力降低;锈涨引起的保护层混凝土脱落对桥墩抗震性能的影响主要为初始阶段的结构刚度下降。(5)在地震荷载作用下,纵筋锈蚀及保护层混凝土脱落对钢筋应力-应变履历的影响显著,会造成钢筋的应力增大,增加其断裂、屈曲的可能性,导致桥墩由延性破坏转向脆性破坏。