微平面理論在混凝土保護層破壞模式分析中的應(yīng)用

范興朗,丁建江,鄭建軍

(1.浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,浙江杭州 310032;2.浙江交通投資集團,浙江杭州 310014)

混凝土中的鋼筋銹蝕是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能劣化的主要原因,海洋環(huán)境中的氯離子不斷侵入到混凝土中,導(dǎo)致鋼筋銹蝕和膨脹,對周圍的混凝土產(chǎn)生了膨脹壓力,引起混凝土表面開裂甚至剝落,對結(jié)構(gòu)承載能力和服役壽命均產(chǎn)生較大的影響[1-2]。因此,鋼筋銹蝕所引起的結(jié)構(gòu)耐久性問題越來越受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的關(guān)注和重視。各國研究人員在鋼筋銹蝕機理、鋼筋銹蝕和膨脹、混凝土結(jié)構(gòu)剩余壽命預(yù)測方面等均做過大量的研究。Bazant[3-4]根據(jù)鋼筋銹蝕的物理化學(xué)模型,提出了混凝土保護層開裂計算的簡化公式,但是其方法的有效性沒有被實驗所證實。Liu等[5]進一步發(fā)展了Bazant的工作,而且考慮了銹蝕產(chǎn)物向鋼筋周圍混凝土空隙的擴散,并對銹脹過程進行了簡單的力學(xué)分析,但其模型忽略了混凝土開裂后的剩余剛度,而且低估了銹蝕產(chǎn)物。金偉良等[6]應(yīng)用彈性力學(xué)理論進行分析,提出了鋼筋均勻銹蝕導(dǎo)致外圍混凝土保護層脹裂時刻和脹裂以前的銹脹力公式。鄭建軍等[7]假設(shè)鋼筋周圍鐵銹厚度相等,并考慮混凝土的軟化特性,提出了混凝土保護層開裂損傷模型,給出了混凝土的初裂時間、完全開裂時間和銹脹力的解析表達式。

考慮到目前對混凝土在銹脹力作用下破壞模式的研究還不多見,筆者在前人工作的基礎(chǔ)上,將微平面模型與有限單元法相結(jié)合,詳細討論了鋼筋直徑、鋼筋之間的間距和保護層厚度對保護層破壞模式的影響。……