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

This project will study the seismic performance of corrosion damaged reinforced concrete (RC) bridge piers in marine enviroment. The laboratory accelerated corrosion, marine exposure station corrosion are both applied to corrode the RC material and pier models. Firstly, the accelerated corrosion effect on mechanical behaviours of rebar, stirrup strengthened concrete and bond-slip between concrete and rebar model will be experimental investigated. The test results will be further verified by marine exposure station corrosion model test. Then the bond element simulating the corrosion damaged bond-slip behaviours between rebar and concrete will be set up in Abaqus. The finite element method (FEM) to simulate the dynamic behaviours of RC bridge piers considering marine corrosion damage will be established based on the mechanical test results of corrosion damaged materials. The FEM simulation study together with the test of artificial corroded RC bridge pier models will be carrided out. The mechanism of seismic performance degradtion of corrosion damaged RC bridge piers in marine enviroment will be explored by FEM simulation. And the simulation results will be further verified by the test results of RC pier models corroded in marine exposure station. Finally, the seismic performance of RC bridge piers under marine corrosion will be fully evaluated, and the degradtion charateristic will be identified. This study will be the foundation work of seismic performance evaluation of corrosion damaged RC bridge piers in marine enviroment, and it has wide application perspective in the future.

本项目将结合实验室加速腐蚀、海洋暴露站腐蚀模型实验和有限元模拟分析方法，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。首先通过实验室加速腐蚀模型实验，确定腐蚀损伤的钢筋、箍筋约束混凝土及钢筋混凝土粘结滑移的退化力学性能，并由海洋暴露站腐蚀模型实验予以修证，确定腐蚀损伤的钢筋混凝土材料本构模型。其次基于有限元软件进行二次开发，编写考虑腐蚀损伤的粘结-滑移模型单元子程序, 发展考虑海洋腐蚀损伤的钢筋混凝土桥墩的有限元模拟计算方法。再次进行加速腐蚀钢筋混凝土桥墩模型的抗震性能试验，发展并验证有限元模拟计算结果。由有限元模拟研究海洋腐蚀钢筋混凝土桥墩抗震性能的退化机理，进行海洋暴露站腐蚀钢筋混凝土桥墩模型的抗震性能试验，对有限元模拟计算结果进行修正，最终确定海洋腐蚀钢筋混凝土墩柱抗震性能的演变规律。本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理论依据和方法，具有广阔的应用前景。

研究了海洋腐蚀钢筋混凝土桥墩的抗震性能退化，包括腐蚀钢筋的力学性能退化，腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的退化，腐蚀箍筋约束混凝土圆柱轴压性能退化，腐蚀钢筋混凝土墩柱构件动力性能的退化，腐蚀钢筋混凝土墩柱模型的滞回性能退化的有限元模拟。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，申请发明专利3项并获批1项，培养硕士研究生3名，在读6名。分析了锈蚀钢筋腐蚀半径的随机特性，统计分析了钢筋力学性能随腐蚀率的变化。试验研究了纵筋及箍筋的锈蚀对其粘结滑移性能的影响规律，通过对锈蚀试件的单向拔出试验，以及以位移和荷载幅值控制的往复拉拔试验，分析了主筋和箍筋的不同锈蚀率与试件裂缝宽度、等荷载最大滑移值、等滑移最大荷载值、粘结刚度退化和耗能水平之间的关系(发表于Advances in Mechanical Engineering)。研究了箍筋锈蚀对保护层开裂，最大粘结应力，有效粘结刚度，卸载刚度，能量耗散，摩擦粘结阻力和残余粘结应力的影响，并且分析了循环加载对钢筋混凝土粘结性能的影响(发表于Construction & Building Materials)。试验研究了箍筋腐蚀后主筋和混凝土粘性性能变化的统计特征，分析表明腐蚀后一些性能参数离散性显著增大，同时破坏模式亦有可能发生变化(发表于Construction & Building Materials)。研究了不同混凝土强度立方体试件混凝土保护层开裂与主筋腐蚀率的关系，并通过静态拉拔和往复循环加载试验，研究不同主筋腐蚀率对主筋与混凝土之间粘结滑移性能的影响(发表于Structural Engineering and Mechanics)。研究了不同箍筋锈蚀率与箍筋约束混凝土圆柱试件保护层裂缝特征、最大承载力、延性系数和刚度之间的关系。采用混凝土弹塑性损伤模型、钢筋随动硬化模型以及钢筋混凝土粘结滑移单元建立了锈蚀钢筋混凝土桥墩的ABAQUS有限元模型, 并着重分析了对各试件模型曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力等抗震指标随各项锈蚀影响之间的关系。