锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式判定方法技术

一种锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式判定方法，包括如下步骤：(1)测量锈蚀前后钢筋混凝土梁的基本参数；(2)计算“受拉锈蚀纵筋刚开始屈服，受压混凝土即压碎”界限I对应的纵筋锈蚀率；(3)计算“受拉锈蚀纵筋刚开始强化，受压混凝土即压碎”界限II对应的纵筋锈蚀率；(4)计算“受拉锈蚀纵筋刚拉断，受压混凝土即压碎”界限III对应的纵筋锈蚀率；(5)判定锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式。本发明专利技术提供的采用受拉纵筋锈蚀率提前预判锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式的方法，概念清晰、计算简便，解决了锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式难以准确预测的难题，可为服役钢筋混凝土结构的安全性评定提供支持。

【技术实现步骤摘要】
锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式判定方法
本专利技术属于土木工程
，涉及锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式判定方法。
技术介绍
在环境中侵蚀介质的长期作用下，混凝土结构中的钢筋会发生锈蚀。钢筋锈蚀导致混凝土结构性能退化，引起混凝土结构过早失效，给国民经济和社会发展带来巨大负担。据估计，2014年我国腐蚀成本约占当年GDP的3.34％。如此重大的经济损失是混凝土结构建设之初始料未及的。因此，混凝土结构全寿命周期设计与维护理论引发国内外学术界和工程界的广泛关注。为实现这一目标，准确把握锈蚀钢筋混凝土结构构件的受力性能成为重中之重。作为常见的钢筋混凝土结构构件，钢筋混凝土梁的受弯性能被国内外学者大量研究。根据正截面受弯破坏模式的差异，钢筋混凝土梁通常分为三种：适筋梁、超筋梁及少筋梁。对于适度配筋的钢筋混凝土梁(适筋梁)，其正截面受弯破坏特征为：受拉纵筋先屈服，然后受压区混凝土压碎，破坏前有较大变形。对于过度配筋的钢筋混凝土梁(超筋梁)，其正截面受弯破坏特征为：受拉纵筋未屈服，受压区混凝土先压碎，破坏前变形较小。对于配筋较少的钢筋混凝土梁(少筋梁)，其正截面受弯破坏特征为：受拉区混凝土一开裂，钢筋即屈服/拉断，破坏突然。这说明，不同类型的钢筋混凝土梁的力学性能有显著差异。因此，正截面受弯破坏模式的判定，是评价钢筋混凝土梁受弯性能的必要条件。研究表明，随着锈蚀率增大，钢筋的屈服强度、屈服应变、极限强度及极限应变都变小，屈服平台不断缩短甚至消失。如此，对于初始超筋、适筋或少筋的钢筋混凝土梁，随着其受拉纵筋的锈蚀率增大，其受弯失效时受压区混凝土可能压碎，但受拉锈蚀纵筋可能未屈服、已屈服或已强化。或者，锈蚀严重时，受压区混凝土还未压碎，受拉锈蚀纵筋已拉断。这说明，受拉纵筋锈蚀可能导致初始超筋、适筋或少筋的钢筋混凝土梁的正截面受弯破坏模式发生改变。因此，准确判定锈蚀钢筋混凝土梁的正截面受弯破坏模式，对于评价锈蚀钢筋混凝土梁安全性至关重要。国内外大量学者对锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯性能开展了试验研究和理论分析。部分学者虽然发现或指出随着受拉纵筋锈蚀率的增大，锈蚀钢筋混凝土梁的正截面受弯破坏模式特征有所变化，但尚未给出定量分析以准确预判锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式。
技术实现思路
针对上述现有技术中的不足，本专利技术的目的在于提供一种锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式判定方法，可准确判定已知受拉纵筋锈蚀率的锈蚀钢筋混凝土梁的正截面受弯破坏模式。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式判定方法，包括如下步骤：(1)测量锈蚀前后钢筋混凝土梁的基本参数所述锈蚀前后钢筋混凝土梁的基本参数包括：截面宽度b、截面有效高度h0；混凝土抗压强度fc；光圆或变形的钢筋类型、受拉纵向钢筋平均锈蚀率ηs、与钢筋根数n及直径d相关的初始配筋面积As0；未锈蚀钢筋弹性模量Es0、屈服强度fy0、极限强度fu0、屈服应变εy0、强化应变εsh0、极限应变εu0。(2)计算界限I锈蚀率所述的界限I定义为“受拉锈蚀纵筋刚开始屈服，受压混凝土即压碎”，界限I对应的纵筋锈蚀率即为界限I锈蚀率。计算界限I锈蚀率的具体步骤如下：1)令钢筋应变εsc＝εyc(ηs)、应力σsc＝fyc(ηs)、截面受压区边缘混凝土应变其中，εyc(ηs)和fyc(ηs)分别为锈蚀率为ηs时的锈蚀钢筋屈服应变和屈服应力，εcu为混凝土的极限压应变，代入变形协调方程可得界限I锈蚀率下相对受压区高度；2)将界限I锈蚀率下相对受压区高度代入正截面力平衡方程可得关于ηs的一元二次方程；3)求解该一元二次方程，取范围0～0.8内较小的解作为界限I锈蚀率ηsyb，若在范围0～0.8内无解，则说明界限I锈蚀率不存在，取ηsyb＝0。(3)计算界限II锈蚀率所述的界限II定义为“受拉锈蚀纵筋刚开始强化，受压混凝土即压碎”，界限II对应的纵筋锈蚀率即为界限II锈蚀率。计算界限II锈蚀率的具体步骤如下：1)令εsc＝εshc(ηs)、σsc＝fyc(ηs)、其中，εshc(ηs)为锈蚀率为ηs时的锈蚀钢筋强化应变，代入变形协调方程可得界限II锈蚀率下相对受压区高度；2)将界限II锈蚀率下相对受压区高度代入正截面力平衡方程可得关于ηs的一元二次方程；3)求解该一元二次方程，取ηsyb＜ηs＜ηs,cr范围内较小的解作为界限II锈蚀率ηshb；若在ηsyb～ηs,cr范围内无解，则说明对于该初始配筋的钢筋混凝土梁，界限II不存在，可取ηshb＝ηsyb；ηs,cr为锈蚀钢筋屈服平台消失时的临界锈蚀率，对于加速锈蚀情况，变形钢筋和光圆钢筋的ηs,cr可分别取为0.3和0.15，对于自然锈蚀情况，变形钢筋和光圆钢筋的ηs,cr可分别取为0.2和0.1。(4)计算界限III锈蚀率所述的界限III定义为“受拉锈蚀纵筋刚拉断，受压混凝土即压碎”，界限III对应的纵筋锈蚀率即为界限III锈蚀率。计算界限III锈蚀率的具体步骤如下：1)令εsc＝εsuc(ηs)、σsc＝fuc(ηs)、其中，εsuc(ηs)和fuc(ηs)分别为锈蚀率为ηs时的锈蚀钢筋极限应变和极限应力，代入变形协调方程可得界限III锈蚀率下相对受压区高度；2)将界限III锈蚀率下相对受压区高度代入正截面力平衡方程可得关于ηs的一元二次方程；3)求解该一元二次方程，取范围ηshb～0.8内较小的解作为界限III锈蚀率ηsub；若在范围ηshb～0.8无解，则说明此时界限III不存在，取ηsub＝0.8。(5)判定锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式根据受拉纵筋锈蚀率ηs、界限I锈蚀率ηsyb、界限II锈蚀率ηshb及界限III锈蚀率ηsub，判定锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式，具体步骤如下：1)若受拉纵筋锈蚀率ηs介于0～ηsyb范围内，则判定该锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式为：模式①“类似超筋破坏”；2)若受拉纵筋锈蚀率ηs介于ηsyb～ηshb范围内，则判定该锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式为：模式②“类似适筋破坏”；3)若受拉纵筋锈蚀率ηs介于ηshb～ηsub范围内，则判定该锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式为：模式③“类似超筋破坏”；4)若受拉纵筋锈蚀率ηs介于ηsub～1范围内，则判定该锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式为：模式④“类似少筋破坏”。步骤(1)中截面宽度b、截面有效高度h0、混凝土抗压强度fc、受拉纵向钢筋平均锈蚀率ηs、钢筋根数n及直径d、未锈蚀钢筋弹性模量Es0、屈服强度fy0、极限强度fu0、屈服应变εy0、强化应变εsh0、极限应变εu0等参数可根据《混凝土结构现场检测技术标准》GB/T50784-2013所述方法进行测量；如未锈蚀钢筋的力学性能参数不便获得，可参照常用钢筋初始力学性能参数表进行取值，如表1所示。表1常用钢筋初始力学性能参数步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式判定方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)测量锈蚀前后钢筋混凝土梁的基本参数；/n(2)计算界限I锈蚀率；/n所述的界限I定义为“受拉锈蚀纵筋刚开始屈服，受压混凝土即压碎”，界限I对应的纵筋锈蚀率即为界限I锈蚀率；/n(3)计算界限II锈蚀率；/n所述的界限II定义为“受拉锈蚀纵筋刚开始强化，受压混凝土即压碎”，界限II对应的纵筋锈蚀率即为界限II锈蚀率；/n(4)计算界限III锈蚀率；/n所述的界限III定义为“受拉锈蚀纵筋刚拉断，受压混凝土即压碎”，界限III对应的纵筋锈蚀率即为界限III锈蚀率；/n(5)判定锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式。/n

【技术特征摘要】
1.一种锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式判定方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)测量锈蚀前后钢筋混凝土梁的基本参数；
(2)计算界限I锈蚀率；
所述的界限I定义为“受拉锈蚀纵筋刚开始屈服，受压混凝土即压碎”，界限I对应的纵筋锈蚀率即为界限I锈蚀率；
(3)计算界限II锈蚀率；
所述的界限II定义为“受拉锈蚀纵筋刚开始强化，受压混凝土即压碎”，界限II对应的纵筋锈蚀率即为界限II锈蚀率；
(4)计算界限III锈蚀率；
所述的界限III定义为“受拉锈蚀纵筋刚拉断，受压混凝土即压碎”，界限III对应的纵筋锈蚀率即为界限III锈蚀率；
(5)判定锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式。


2.根据权利要求1所述的锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式判定方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，所述锈蚀前后钢筋混凝土梁的基本参数包括：截面宽度b、截面有效高度h0；混凝土抗压强度fc；光圆或变形的钢筋类型、受拉纵向钢筋平均锈蚀率ηs、与钢筋根数n及直径d相关的初始配筋面积As0；未锈蚀钢筋弹性模量Es0、屈服强度fy0、极限强度fu0、屈服应变εy0、强化应变εsh0、极限应变εu0。


3.根据权利要求1所述的锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式判定方法，其特征在于，所述的步骤“(2)计算界限I锈蚀率”包含如下步骤：
1)令钢筋应变εsc＝εyc(ηs)、应力σsc＝fyc(ηs)、截面受压区边缘混凝土应变其中，εyc(ηs)和fyc(ηs)分别为锈蚀率为ηs时的锈蚀钢筋屈服应变和屈服应力，εcu为混凝土的极限压应变，代入变形协调方程可得界限I锈蚀率下相对受压区高度；
2)将界限I锈蚀率下相对受压区高度代入正截面力平衡方程可得关于ηs的一元二次方程；
3)求解该一元二次方程，取范围0～0.8内较小的解作为界限I锈蚀率ηsyb，若在范围0～0.8内无解，则说明界限I锈蚀率不存在，取ηsyb＝0。


4.根据权利要求1所述的锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式判定方法，其特征在于，所述的步骤“(3)计算界限II锈蚀率”包含如下步骤：
1)令εsc＝εshc(ηs)、σsc＝fyc(ηs)、其中，εshc(ηs)为锈蚀率为ηs时的锈蚀钢筋强化应变，代入变形协调方程可得界限II锈蚀率下相对受压区高度；
2)将界限II锈蚀率下相对受压区高度代入正截面力平衡方程可得关于ηs的一元二次方程；
3)求解该一元二次方程，取ηsyb＜ηs＜ηs,cr范围内较小的解作为界限II锈蚀率ηshb；若在ηsyb～ηs,cr范围内无解，则说明对于该初始配筋的钢筋混凝土梁，界限II不存在，可取ηshb＝ηsyb；ηs,cr为锈蚀钢筋屈服平台消失时的临界锈蚀率，对于加速锈蚀情况，变形钢筋和光圆钢筋的ηs,cr可分别取为0.3和0.15，对于自然锈蚀情况，变形钢筋和光...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜超，丁豪，顾祥林，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31