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混凝土结构锈胀开裂的扩展有限元数值分析
  • ISSN号:0254-0053
  • 期刊名称:力学季刊
  • 时间:2013
  • 页码:32-40
  • 分类:TU375[建筑科学—结构工程]
  • 作者机构:[1]上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院土木工程系,上海200240
  • 相关基金:国家自然科学基金(51178264); 铁道部科技研究开发计划项目(J2011G003)
  • 相关项目:干湿循环和腐蚀环境下混凝土桥墩抗侧向冲击性能研究
作者: 朱杰|方从启|
中文摘要:

依据非均匀锈胀理论提出钢筋锈胀作用的计算方法,应用扩展有限元法(XFEM)建立了钢筋锈胀保护层开裂的有限元模型。数值分析表明:采用XFEM与混凝土黏聚力模型能有效模拟混凝土开裂及裂纹扩展,避免了网格重剖分的问题;预裂纹的存在抑制了混凝土裂纹萌生,却加速了裂纹扩展贯通保护层,且萌生始于预裂纹尖端,而非钢筋-混凝土锈蚀层界面处;初始无损伤结构裂纹萌生位置对称分布于锈蚀层界面一定范围内,裂尖距交界面距离越大,单元受锈胀影响越小,最终贯通保护层主要是锈胀位移与锈蚀产物渗入裂缝产生作用力共同作用的结果,且裂纹扩展角趋于120°;提高混凝土等级和增大保护层厚度能有效延缓锈胀裂缝的产生与发展,有利于提高结构耐久性。

英文摘要:

Based on the theory of non-uniform corrosion expansion, a method for calculating the effect of reinforcement rust expansion was given. Also, a finite element model for simulating cracking propagation of the protection layer on the base of extended finite element method(XFEM) was established. The simu- lation analysis shows that implementation of XFEM and cohesive crack model for the analysis of concrete fracture and propagation are effective, and capable of simulating crack initiation and extension path with- out remeshing. Existence of pre-crack restrains crack initiation, which begins in the pre-crack tips instead of the interface of reinforcement and concrete, accelerates crack propagation through the cover. Never- theless, the positions of crack initiation are distributed in the interface symmetrically within a certain dis- tance for the non-defective structures. The greater of distance between crack tips and interface is, the weaker of damage of concrete element around the crack-tips. Furthermore, the rust expansion and forces produced by the infiltration into crack of the corrosion products coefficiently lead to the breakthrough of cover. In addition, the crack propagation angle tends to 120 degrees. It is effective to delay crack initia- tion and propagation by improving concrete grade and cover thickness, which can improve the durability of structures.

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期刊信息
  • 《力学季刊》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:上海市科学技术协会
  • 主办单位:同济大学 上海交通大学 上海市力学会 中国力学学会
  • 主编:范立础
  • 地址:上海四平路1239号同济大学
  • 邮编:200092
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  • 电话:021-65983708
  • 国际标准刊号:ISSN:0254-0053
  • 国内统一刊号:ISSN:31-1829/O3
  • 邮发代号:4-278
  • 获奖情况:
  • 国内外数据库收录:
  • 日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
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