[00333805]海洋腐蚀钢筋混凝土桥墩抗震性能退化的实验与理论研究

1、课题来源与背景：本课题为国家自然科学基金面上项目（海洋腐蚀钢筋混凝土桥墩抗震性能退化的实验与理论研究）,项目批准号：51378313,项目资助经费80万元,执行年限：2014年1月-2017年12月,国家自然科学基金委员会于2018年3月按有关规定审核完毕,准予结题。滨海环境中,氯离子的侵蚀作用导致钢筋混凝土结构中的钢筋锈蚀,钢筋的锈蚀使得钢筋有效横截面积减少、力学性能下降,钢筋的锈蚀发展到一定程度将因锈胀而使混凝土保护层开裂剥落、钢筋与混凝土之间的粘结性能显著退化,进而导致钢筋混凝土结构的有效承载能力减小、力学性能下降。随着时间推移,腐蚀将加速发展,最终导致钢筋混凝土结构因承载能力下降严重而导致安全性问题。 2、研究目的与意义：本项目对海洋腐蚀钢筋混凝土桥墩抗震性能退化进行从材料至构件层次的试验研究,并基于实验研究结果进行数值模拟研究,研究海洋腐蚀钢筋混凝土桥墩抗震性能的退化机理和演变规律。本项目的研究成果为海洋腐蚀钢筋混凝土墩柱的抗震性能评估提供了理论依据和方法。 3、主要论点与论据：（1）实验研究了约束箍筋腐蚀对于主筋粘结性能的影响,证实了由于箍筋腐蚀后约束的减弱,粘结由拔出破坏转变为劈裂破坏的模式转换。（2）实验研究了锈蚀箍筋约束混凝土圆柱试件力学性能的退化情况,结果表明约束混凝土的力学性能退化同时受到箍筋锈蚀率和混凝土强度的影响。（3）通过实验研究表明钢筋混凝土粘结性能随着钢筋锈蚀率的增大而退化,同时粘结性能参数的离散系数显著增大。（4）实验研究了局部钢筋锈蚀混凝土墩柱构件力学性能的退化情况,发现墩柱轴向加载和低周反复力学性能均随着钢筋腐蚀率的增大而降低,当钢筋腐蚀率达到15%左右时还会发生塑性铰的转移。（5）建立了局部腐蚀混凝土墩柱力学性能退化的有限元分析模型,该有限元模型可有效地模拟腐蚀混凝土墩柱模型在荷载作用下的力学性能退化。 4、创见与创新：（1）粘结力学实验和箍筋约束混凝土试件研究结果表明,钢筋腐蚀后,由于锈蚀产物的填充作用,在腐蚀轻微的情况下,低锈蚀试件的力学性能往往会稍好于未腐蚀试件,墩柱构件的加载实验结果也验证了该试验观察结果。（2）实验研究同时表明,当腐蚀率增大时,粘结性能迅速变差,对应的墩柱构件承载性能也会变差,同时,所测得的受力性能参数的离散系数也会增加。（3）本项目的另一个重要研究发现是关于锈蚀后钢筋的截面积和承载性能、钢筋混凝土粘结作用的随机退化特点。实验结果表明钢筋混凝土锈蚀后各参数的随机性显著增大,对应的本项目中给出了部分参数,尤其是粘结性能参数的均值和变异系数变化情况。 5、社会经济效益：在本项目资助下,共计发表SCI检索期刊学术论文5篇,国内核心刊物上发表学术论文2篇（EI检索1篇）,在国际会议上发表论文5篇（EI检索3篇,ISTP检索2篇）,在国际会议上作主题报告1次,国内学术会议上发表论文3篇,获批发明专利1项,培养硕士研究生3名。 6、存在的问题：无。7、历年获奖情况：无。