乾濕循環和腐蝕環境下混凝土橋墩抗側向衝擊性能研究

《乾濕循環和腐蝕環境下混凝土橋墩抗側向衝擊性能研究》是依託上海交通大學，由方從啟擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：乾濕循環和腐蝕環境下混凝土橋墩抗側向衝擊性能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：方從啟
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

以濱海環境橋樑的橋墩為工程背景，擬通過理論、試驗和數值模擬相結合的方法，探索在乾濕循環和腐蝕環境長期影響下鋼筋混凝土橋墩抗側向衝擊能力的退化及其計算。以乾濕循環制度和氯離子濃度為控制指標，基於試驗研究乾濕循環和腐蝕環境對混凝土材料性能的影響；以落錘衝擊試驗獲得橋墩模型在衝擊過程的應變時程曲線，由此計算割線斜率並將其等效為平均應變率。.以應變率為關鍵指標，基於CEB推薦的率型經驗公式確定鋼筋和混凝土的動態強度以及混凝土動態斷裂應變，以抗拉區邊緣混凝土動態斷裂應變為承載力極限狀態，建立材料的動態本構關係，確立鋼筋混凝土橋墩在側向衝擊荷載下的動態極限承載力計算模型。利用數值模擬方法，將模型試件層次的研究結果拓展到構件，建立乾濕循環和腐蝕環境長期影響下鋼筋混凝土橋墩抗側向衝擊動態極限承載力計算，為處於濱海環境遭撞擊受損的鋼筋混凝土橋墩剩餘承載力評估以及新建橋墩設計提供參考。

結題摘要

本項目以濱海環境橋樑的橋墩為工程背景，通過理論、試驗和數值模擬相結合的方法，探索在乾濕循環和腐蝕環境長期影響下鋼筋混凝土橋墩抗側向衝擊能力的退化及其計算。 通過製作8根混凝土墩柱試件進行通電加速腐蝕後擬靜力載入試驗，研究獲得腐蝕鋼筋混凝土墩柱承受不同形式荷載作用下的性能變化，分析研究初始損傷裂縫、混凝土強度、保護層厚度及鋼筋直徑對保護層內裂紋萌生、擴展及混凝土力學性能的影響。 用有限元軟體Open Sees和DIANA分別對墩柱建立纖維模型單元和二維平面應力單元模型，用不同方法考慮鋼筋腐蝕，分析獲得鋼筋腐蝕對鋼筋混凝土墩柱滯回曲線，骨架曲線，耗能能力，延性，剛度退化，剛度退化等力學性能的影響。 通過以乾濕循環和氯離子濃度為控制指標，基於試驗研究乾濕循環和腐蝕環境對混凝土材料性能的影響，並通過落錘衝擊試驗完成15根不同腐蝕狀況的鋼筋混凝土墩柱的抗側向衝擊性能的試驗研究。 通過考慮混凝土墩柱的材料率效應，鋼筋腐蝕力學性能退化，鋼筋混凝土腐蝕粘結性能退化以及衝擊侵徹性能，分析得到腐蝕鋼筋混凝土墩柱的極限狀態計算方法。 利用ANSYS/LS-DYNA對試驗進行數值模擬，通過鋼筋力學性能的退化模擬鋼筋腐蝕作用，綜合分析獲得腐蝕率和不同腐蝕形式對鋼混墩柱抗側向衝擊性能的影響。在此基礎上進行拓展，分析支座形式、混凝土強度、主筋腐蝕率、撞擊速度和次數以及撞擊接觸面結構形式等各個因素對其抗側衝擊性能的影響。 使用支持向量機方法對重複荷載下受腐蝕的鋼筋混凝土構件的力學性能進行研究。獲得了基於機理建模的分段型和整體型的回歸公式以及基於黑箱建模的承載力預測模型以及最大裂紋寬度、跨中撓度和剛度的黑箱預報模型。使用支持向量機方法對受腐蝕鋼筋混凝土柱的衝擊性能進行了預報，包括單一通電加速和乾濕循環鏽蝕的鏽蝕率預預測、衝擊荷載下的鋼筋應變和混凝土應變。 本項目研究獲得乾濕循環和氯離子腐蝕對鋼筋混凝土橋墩抗側向衝擊性能的影響，建立乾濕循環和腐蝕環境長期影響下鋼筋混凝土橋墩抗側向衝擊動態極限承載力計算，為處於濱海環境遭撞擊受損的鋼筋混凝土橋墩剩餘承載力評估以及新建橋墩設計提供參考。