考虑钢筋锈蚀影响的装配整体式梁柱节点精细化数值模型与应用

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钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性与服役寿命的重要影响因素。当前,大量装配式混凝土框架结构被应用于沿海或近海地区,这些结构在服役过程中将面临钢筋锈蚀的问题;同时,装配式框架梁柱节点区域的构造特点决定了其相较于现浇结构更容易受到钢筋锈蚀的影响。因此,研究装配式混凝土梁柱节点由于钢筋锈蚀引起的性能退化,进而分析其抗震性能并指导实际工程设计,具有重要的理论和实践价值。现阶段,国内外对锈蚀装配式混凝土梁柱节点的性能研究较少,尤其缺少可用于精细化分析的数值模型,主要问题包括:(1)在锈蚀影响机理上无法考虑装配式结构的特色,将装配式结构的锈蚀模拟等同于现浇结构;(2)现有装配式节点的模拟手段只能考虑部分装配式结构特点,缺少可以描述节点复杂构造和性能的合理模型。为解决以上问题,本文建立了可以考虑钢筋锈蚀影响的装配式混凝土梁柱节点的精细化数值模型,并通过既有试验结果验证了模型的计算精度和效率;基于提出的模型,进行了锈蚀装配式梁柱节点的pushover分析,考察了节点抗震性能的主要影响因素,分析了不同锈蚀程度下节点的弹塑性损伤演化规律。本文的研究内容和主要结论包括:(一)根据锈蚀影响机理,建立了可体现装配式结构特色的锈蚀梁柱节点精细化数值模拟方法和配套模型。其中,锈蚀的影响主要体现在钢筋本构关系、钢筋-混凝土粘结滑移关系、套筒灌浆连接以及后浇混凝土结合面等方面。开发了可考虑锈胀引起混凝土开裂状态下的钢筋-混凝土粘结滑移关系模型,提出了内壁锈蚀的灌浆套筒等效应力应变关系模型。基于提出的数值模拟方法,可实现在给定锈蚀率下的装配式梁柱节点静力弹塑性分析。(二)基于ABAQUS,实现了锈蚀装配式梁柱节点的建模分析,通过既有实验结果对提出的精细化模拟方法进行了验证。通过带基础柱的试验结果,优化了所开发的粘结滑移子程序在数值模型中的布置。基于装配式scope体系十字节点锈蚀试验对模型进行了验证,在不同锈蚀率下,数值模拟得到的峰值荷载和位移与试验结果吻合良好。(三)基于提出的模拟方法,考察了装配式节点抗震性能的影响因素,揭示了节点在静力推覆作用下的弹塑性损伤演化规律。结果表明,钢筋锈蚀对节点延性的影响大于峰值承载力。提高轴压比可以增强锈蚀装配式节点的承载力、刚度与延性,但高锈蚀时轴向压力使结构更易于发生脆性破坏。良好的结合面施工可有效减小装配式节点因锈蚀导致的承载能力衰退,同样可保证较高锈蚀情况下(锈蚀率9%以上)节点构件的延性。在发生锈蚀情况下,提高后浇区长度对性能的提升非常微弱。
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