【技术实现步骤摘要】
一种锈蚀钢筋混凝土环形柱承载力计算方法
[0001]本专利技术属于钢筋混凝土结构耐久性
，具体涉及一种锈蚀钢筋混凝土环形柱承载力计算方法
。
技术介绍
[0002]在很长一段时间内，人们认为钢筋混凝土结构具有较强的化学稳定性就可以长期服役，而忽略了结构耐久性退化对其整体性能的影响，从而引发经济损失
、
人员伤亡等危害
。
结构由于各种原因在预期的服役年限内提前失效的现象较为普遍，甚至有部分损伤严重结构在服役期内就必须大修甚至彻底更换，其中，引起钢筋混凝土结构退化的关键因素是钢筋的锈蚀
。
而我国海岸线长达
1.8
万千米，沿海城市发展迅猛，盐湖数量超过
1000
个，冬季长江以北的大部分地区需要使用除冰盐，这使得我国许多重要工程处于或长期处于风险环境中
。
因此，开展钢筋混凝土结构耐久性问题的研究是实现土木工程基础设施可持续发展的基础
。
[0003]钢筋混凝土环形柱构件具有成本低
、
重量轻
、
承载能力高等优点，被广泛应用于桥梁
、
港口工程中，易受环境中有害物质的影响出现钢筋锈蚀损伤
。
作为竖向承重构件，钢筋混凝土环形柱力学性能的退化会引起结构整体安全性和可靠性的降低
。
然而，现有研究大多围绕钢筋混凝土梁构件展开，针对混凝土环形柱构件开展的研究非常少，并且，相较于矩形截面构件来说，钢筋混凝土环形截面柱的承...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种锈蚀钢筋混凝土环形柱承载力计算方法，其特征在于：所述计算方法包括如下步骤：
S1
：采集并计算锈蚀前钢筋混凝土环形柱的截面尺寸参数与材料参数，同时测量锈蚀钢筋混凝土环形柱的损伤情况；
S2
：定量分析锈蚀引起的钢筋
、
混凝土材料以及结构强度的劣化；考虑钢筋锈蚀引起的钢筋屈服强度
、
横截面面积减小，混凝土保护层的开裂与剥落，钢筋粘结强度降低，钢筋与混凝土之间应变不协调以及受压钢筋屈曲等因素对结构承载力的影响，建立相应的材料损伤模型与结构强度退化模型，进而定量分析锈蚀引起的钢筋
、
混凝土材料以及结构强度的劣化；
S3
：计算锈蚀环形柱混凝土部分的承载力；基于混凝土等效矩形应力分布假设，根据构件的受力情况计算锈蚀环形柱混凝土部分承受的荷载；
S4
：计算锈蚀环形柱钢筋部分的承载力；基于等效钢环假设，根据钢筋与混凝土间的应力
‑
应变关系计算锈蚀环形柱钢筋部分承受的荷载；
S5
：提出锈蚀钢筋混凝土环形柱承载力计算方法；依据受力平衡条件，通过汇总锈蚀钢筋
、
损伤混凝土所承受的荷载，提出锈蚀钢筋混凝土环形柱承载力的计算方法，用于准确评估不同受力状态与锈蚀程度下钢筋混凝土环形柱的残余承载力
。2.
根据权利要求1所述的一种锈蚀钢筋混凝土环形柱承载力计算方法，其特征在于：步骤
S1
中的所述锈蚀前钢筋混凝土环形柱的截面尺寸参数包括：混凝土环形截面内
、
外半径
r1与
r
，钢筋质心所在圆周半径
r
s
，混凝土保护层厚度
c。
所述钢筋混凝土环形柱的材料参数包括：混凝土抗压强度
f
c
；混凝土极限压应变
ε
cu
，典型值为
0.0033
；混凝土抗拉强度
f
t
，取为
f
t
＝
0.69f
c0.5
；混凝土弹性模量
E
c
，取为
E
c
＝
4400(f
c
)
0.516
；混凝土极限粘聚裂缝
w
u
；钢筋屈服强度
f
y0
；钢筋弹性模量
E
s
，典型值为
200GPa
；与钢筋直径
D
b
相关的钢筋截面面积
A
s0
；纵向钢筋根数
n
s
；箍筋间距
s。
所述锈蚀钢筋混凝土环形柱损伤情况包括：纵向钢筋的平均锈蚀程度
X
；锈蚀钢筋体积膨胀系数
ξ
r
，典型值为2‑6；混凝土保护层表面同时扩展的裂缝数量
n
c
，典型值为3‑4；构件中部连续锈断箍筋数量
n
p
。3.
根据权利要求2所述的一种锈蚀钢筋混凝土环形柱承载力计算方法，其特征在于：步骤
S2
中的所述定量分析锈蚀引起的钢筋
、
混凝土材料以及结构强度的劣化还包括以下步骤：考虑锈蚀引起的钢筋屈服强度
、
横截面面积减小，当测量的钢筋锈蚀程度为
X
时，其残余屈服强度
f
yc
与横截面面积
A
sc
可以表示为公式
(1)
：式中，
γ
为钢筋自然锈蚀试验拟合得到的钢筋非均匀锈蚀系数，取
γ
＝
0.5
；由钢筋残余屈服强度
f
yc
决定的锈蚀钢筋承载力
F
sc
可以表示为公式
(2)
：
F
sc
＝
f
yc
A
sc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
考虑钢筋锈蚀膨胀引起的混凝土保护层开裂现象，基于弹性力学将钢筋锈蚀引起的混凝土开裂问题简化为厚壁圆筒模型，混凝土保护层表面的累积裂缝宽度
w
c
可以表示为公式
(3)
：式中，系数
η1、
η2可以表示为公式
(4)
：式中，
W
u
为混凝土极限粘聚裂缝
w
u
的归一化值，取
W
u
＝
w
u
f
t
/G
f
；
G
f
为混凝土断裂能；
ū
b
为钢筋与混凝土间粘结面的径向位移，取
ū
b
＝
(
ξ
r
‑
1)D
b
X/4
；
R
b
为钢筋半径；
R
sc
为钢筋质心至混凝土保护层表面距离，取
R
sc
＝
R
b
+c
；
l0为特征长度系数，取
l0＝
n
c
W
u
E
c
G
f
/(2
π
f
t2
)
；混凝土裂缝相关系数
δ
(R
sc
,R
b
)
可以表示为公式
(5)
：考虑混凝土内部裂缝连接贯通后出现的混凝土保护层剥落现象，基于混凝土保护层表面的累积裂缝宽度
w
c
，混凝土环形截面残余外半径
r
c
可以表示为公式
(6)
：式中，
y
c
为混凝土保护层的平均损失厚度；
T
为锈蚀钢筋混凝土柱试验测得的混凝土保护层剥落系数，取
T
＝
0.003
；考虑钢筋锈蚀变形
、
混凝土保护层损伤引起的钢筋粘结强度降低，锈蚀钢筋残余粘结强度
τ
ux
与混凝土表面裂缝宽度
w
c
之间的关系可以表示为公式
(7)
：式中，
τ
u0
为未锈蚀钢筋的粘结强度；
λ
η
为考虑箍筋作用的钢筋粘结强度试验测得系数，取
λ
η
＝
15
‑
20。
由钢筋残余粘结强度
τ
ux
决定的锈蚀钢筋承载力
F
ux
可以表示为公式
(8)
：
F
ux
＝
π
D
bc
l
d
τ
ux
(X)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
式中，
D
bc
为锈蚀钢筋残余半径，取
D
bc
＝
D
b
(1
‑
X)
0.5
；
l
d
为钢筋有效粘结长度；考虑钢筋粘结退化后，受拉钢筋与混凝土之间应变关系的不协调，引入钢筋
‑
混凝土应变协调系数
g
d
，受拉侧钢筋与混凝土之间的应变关系可以表示...
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