酸雨环境下受腐蚀钢筋混凝土桥梁抗震性能研究

In the acid rain pollution area, reinforced concrete bridges will inevitably suffer acid rain corrosion, dry-wet cycles and the long-term loading, which would result in structural damage gradually and weaken the seismic capacity of the reinforced concrete structure. Therefore, the study to determine the dynamic response evolution of the existing bridges, to predict their remaining life, and to reasonably assess their seismic capacity, is imperative. This study will follow the ideas of materials-components-structure and combine the experimental research, theoretical analysis and finite element numerical simulation. Firstly, we will establish material rate-dependent constitutive relations of concrete and restoring force model of corroded reinforced concrete bridge piers in acid rain environment. Secondly, in order to investigate the damage evolution mechanism and failure mode of simply supported girder reinforced concrete bridges under seismic loads, the experimental research and failure analysis of the different damage piers and numerical simulation of the structures are carried out. The variation of seismic performance of reinforced concrete simply-supported beam bridges in acid rain environment will be revealed, and a seismic capacity evaluation method will be put forward, which may provide a reasonable maintenance for existing reinforced concrete bridges corroded by acid rain.

处于酸雨地区的钢筋混凝土桥梁在服役过程中不可避免地遭受酸雨的侵蚀、干湿交替影响及荷载的长期作用，造成材料、构件及结构发生损伤并逐步积累扩大，导致其抗震能力逐渐下降，存在着严重的工程隐患。因此确定酸雨地区在役钢筋混凝土桥梁的动力性能演化规律，预测其剩余寿命，合理评估其抗震性能的研究工作迫在眉睫。本课题旨在遵循材料-构件-结构的研究思路，并着眼于实际工程应用，将试验研究，理论分析及有限元数值模拟相结合。首先建立受酸雨腐蚀混凝土材料应变率相关的本构关系及锈蚀钢筋混凝土桥墩恢复力模型，其次通过酸雨侵蚀不同程度下桥墩受力过程的试验分析和破坏分析及结构模型数值仿真模拟，探讨在役钢筋混凝土简支梁桥在地震荷载作用下的损伤演变机理和失效模式，从而揭示酸雨环境下受损钢筋混凝土简支梁桥的抗震性能变化规律，并提出其抗震性能评估方法，为酸雨地区在役钢筋混凝土桥梁制定合理的维修加固决策提供依据。

处于酸雨地区的钢筋混凝土桥梁在服役过程中不可避免地遭受酸雨的侵蚀、干湿交替影响及荷载的长期作用，造成材料、构件及结构发生损伤并逐步积累扩大，导致其抗震能力逐渐下降，存在严重的工程隐患。本课题旨在遵循材料-构件-结构的研究思路，并着眼于实际工程应用，将试验研究，理论分析及有限元数值模拟相结合。.首先对4种应变率下受酸雨不同腐蚀时间的混凝土进行了抗压性能试验研究。.其次对锈蚀钢筋和受腐蚀混凝土之间的粘结性能进行了初步探讨。研究结果表明：与静载相比，加载速率为10-4 s-1时锈蚀钢筋与混凝土的粘结强度提高；当加载速率提高到一定值（10-3 s-1-10-2s-1）时，钢筋与混凝土的粘结强度降低，致使试件在较小荷载作用下便发生破坏。.再者对受腐蚀钢筋混凝土压弯构件恢复力模型骨架曲线参数确定方法进行分析。提出了受腐蚀钢筋混凝土压弯构件恢复力模型的骨架曲线参数确定方法，并通过试验实例对所建模型进行了验证，结果表明理论模型计算结果与试验结果吻合较好。然后将试验结果、理论分析及有限元数值模拟相结合，引入混凝土材料试验结果对受酸雨腐蚀钢筋混凝土简支梁桥进行了有限元数值模拟。研究发现当钢筋锈蚀率增大到一定值后，混凝土强度的退化对受腐蚀简支梁的极限承载能力的影响几乎可以忽略，钢筋锈蚀率占主导作用，随钢筋锈蚀率的增加与混凝土强度减小，简支梁裂缝逐渐向跨中聚集，破坏将从延性转为向脆性。最后对在役钢筋混凝土桥梁抗震性能进行了初步研究，建立了有限元模型，对钢筋混凝土桥墩进行非线性静力推覆分析，结果表明：钢筋锈蚀将大大降低钢筋混凝土桥墩的抗震性能，甚至导致桥梁抗震性能失效；当钢筋锈蚀程度一定时，混凝土保护层剥落不同厚度对桥墩抗震性能有一定的降低作用；相对于混凝土保护层剥落厚度对桥墩抗震性能影响而言，钢筋锈蚀对桥墩的抗震性能劣化起主导作用，但混凝土保护层剥落将加速钢筋锈蚀，进一步降低桥墩承载力和延性。