锈蚀钢筋混凝土桥梁的抗震性能:审查和研究缺口

文摘

Chloride-induced腐蚀及其对结构的影响和钢筋混凝土(RC)结构的抗震性能一直是许多研究的主题项目在过去的几十年。本文献综述总结了艺术的状态由chloride-induced腐蚀的简要描述,它的主要特点及影响因素,总结发表的实验数据和现有corrosion-induced退化模型与数值和实验方法用来评估腐蚀钢筋混凝土桥墩。这个文献综述强调了需要可靠的RC结构退化模型和适当的分析方法需要设计新的结构或评估现有的土木工程结构特别是在地震地区。

1。介绍

近年来,越来越多的关注已经给腐蚀对结构性能的影响的钢筋混凝土(RC)结构。根据腐蚀工程师协会(NACE),基础设施腐蚀的直接年度成本超过220亿美元在2002年在美国。美国土木工程师学会(第3期)报道说,美国应该在未来5年投资2.2万亿美元来修复和升级在美国超过300000座桥梁,正接近其设计寿命的结束1]。钢筋混凝土结构在原始的条件可以满足给定的代码要求时代,钢筋腐蚀影响结构的抗震性能。因此,旧的锈蚀钢筋混凝土结构成为可能的未来地震脆弱。应该注意的是,有两个著名的腐蚀形式:carbonation-induced和chloride-induced腐蚀。Carbonation-induced腐蚀的定义是大气二氧化碳之间的化学反应和水泥水化的产物,主要是氢氧化钙(2]。Chloride-induced氯化腐蚀之间的定义是一个电化学反应产物(如铁(II)氯)和水。摘要chloride-induced腐蚀进行了研究。绝大多数的恶化在钢筋混凝土结构钢筋腐蚀的结果是由于氯离子的进入除冰盐或海洋环境。腐蚀有效的特征和材料力学性能变化,可能导致退化的锈蚀钢筋混凝土结构的抗震性能。这个问题是非常重要的桥梁,更重要的是桥墩由于它们消散地震能量通过塑性铰的形成。腐蚀是一个时间的过程。因此,生命周期分析是需要评估腐蚀结构的地震和结构性能。长期受腐蚀钢筋混凝土结构的抗震性能包括三个主要部分,如图1:(1)chloride-induced腐蚀,(2)钢筋混凝土结构的恶化或元素由于腐蚀,和(3)生命周期(时间)腐蚀钢筋混凝土桥墩的地震分析和性能。

图2显示了上述三个主要部分的概述。两个关键现象是钢筋的截面面积的减少和腐蚀产物的形成,导致开裂和剥落的混凝土的钢筋混凝土结构。因此,corrosion-induced RC结构的恶化可以分为四组如下:(1)降低钢的机械性能增援。(2)钢铁和混凝土恶化的关系。(3)退化的限制(减少剪切强度)。(4)对混凝土材料破坏。

传统的地震分析不能用于钢筋混凝土结构受到腐蚀危害的原因如下。第一个原因是,腐蚀取决于时间,所以力学性能的结构元素是时间的函数。第二个原因是缺乏强有力的分析/数值循环模型预测腐蚀钢筋混凝土结构受地震的行为。因此,需要腐蚀钢筋混凝土结构的寿命分析,考虑相应的退化模型锈蚀钢筋混凝土结构,腐蚀,影响腐蚀过程和重要因素,如腐蚀起始时间。图3说明了力-位移响应的腐蚀桥墩。一生锈蚀钢筋混凝土结构地震分析的结果可以减少结构的能力或失效概率随时间的增加。

本文总结了的艺术呈现chloride-induced腐蚀的简要描述,它的主要特点及影响因素,总结发表的实验数据和现有corrosion-induced退化模型与数值和实验方法用来评估腐蚀钢筋混凝土桥墩。本文的主要目的是强调研究空白和关键的需要进一步研究在这个领域。

2。Chloride-Induced腐蚀

腐蚀钢筋嵌在混凝土是一个电化学过程。流程尽快启动积极的如氯离子渗入混凝土保护层和钢筋。一旦腐蚀的过程就开始了,不仅腐蚀钢筋的截面积减少,还腐蚀锈形成等副产品。不规则截面损失导致加固钢的机械性能变化。生锈的平均体积大约是2 - 4倍的钢导致混凝土拉伸应力的发展,最终导致开裂和剥落的混凝土覆盖(3,4]。此外,钢筋和混凝土之间的债券减少。应该注意的是,低水平的腐蚀会导致粘结强度略有增加,但增加腐蚀水平会导致减少债券之间的混凝土和钢筋5- - - - - -10]。

2.1。钢筋混凝土结构中氯化物含量:初期和阈值

氯化物含量的氯离子在钢筋表面的。开始腐蚀,应该达到一定级别后称为临界氯化物含量()。是一个阈值需要传播氯离子。然而,有区别的科学和实践的定义。在科学的定义,传播所需的阈值在钢的表面,而在实际的定义,它与钢筋的可接受的恶化。

焦虑等。11)总结的值实验测量了从钢铁嵌入在水泥基材料在实验室条件下,从实际结构和钢直接浸在溶液中,报道了32发表文章。的最大和最小值基于上述实验结果的审查和最大允许总%水泥重量提出的各种ACI文档展示在表1。

此外,侯赛因et al。12]估计临界氯钢铁嵌入在水泥基础材料和显示阈值的自由,独立于内容,从0.29%至0.22不等cw(水泥重量),而总氯的阈值,依赖内容,从1.2%至0.48不等为各种大量的连续波内容。结果同意范围在表相关联1。安和歌曲(13)表示,测量的准确性的自由和比例相对较低。表达的总水泥重量(%)考虑抑制水泥和氯的激进性质的影响。焦虑等。11也有报道重要的影响因素基于回顾24篇文章。重要的影响因素被分为三组:钢类型和条件,混凝土和绑定属性和外部因素。此外,阿隆索et al。14)得出的结论是,钢的类型并不显著影响临界氯值,但脱钝后,平均腐蚀速率是竹节钢筋略高。玻璃和Buenfeld [15]表明,氯绑定减少自由氯的去除混凝土孔隙溶液中的氯离子。它也减少了总氯含量在深度。Maruya et al。16)认为,由于冷凝和离子吸收由于孔隙壁湿润和干燥周期,增加了周期提高总氯离子在钢筋混凝土结构。波尔德(17)说,从理论的角度来看,混凝土电阻率的影响在临界氯值仍然不清楚。基于以上信息,该表由焦虑et al。11已经更新。更新还包括额外的新的因素标记为“”。最后,表2提出了影响临界氯化物含量的重要因素,比,和自由。

值得注意的是,焦虑等。18)开发了一个概率模型来调查样本大小的影响以实验室。他们得出结论,增加样本的几何尺寸减少,但将这一结果应用到钢嵌在混凝土必须通过实验研究验证。

一些方法来确定总氯含量和自由氯内容应用于实际应用。总氯含量,测量硬化混凝土钻孔岩心进行了分析。总氯含量具体powder-nitric酸溶液可以测量等许多方法滴定,用离子选择性电极,或光谱光度测量的方法。然而,一个更昂贵的但非常精确的方法是确定混凝土中总氯含量粉末使用x射线荧光光谱法(光谱仪)。确定自由氯含量、孔隙解表达式,浸出技术,离子选择性电极用于文献[11]。可以找到更多的信息在11)和其相应的引用。

2.2。点状腐蚀:限制步骤开始点状腐蚀

已经表明,宏单元的形成,也就是说,相比大阴极小阳极区域面积,是在斑(局部)腐蚀19- - - - - -23]。已经证实,三个转变发生在点状腐蚀:首先从起始阶段过渡到传播阶段,称为脱钝(24];第二个是从脱钝过渡到repassivation (repassivation阶段称为亚稳);第三从亚稳态过渡到坑增长。如前所述,第一个过渡与现有关键的氯化物含量。成核发生在亚稳态,也叫做repassivation,根据化学或冶金条件。然后在维护坑腔咄咄逼人的化学成分,从成核过渡到坑的稳定增长。这种转变是由于同时进入和和其他阴离子进入坑内腔25- - - - - -27]。名导et al。28)表示,点状腐蚀对钢筋混凝土的钢由于酸化的纹孔腔和入口入坑。Broomfield [29日)发现,钢筋腐蚀的形成始于坑。增加矿井的数量使他们加入,形成一个全面腐蚀。焦虑等。30.)得出的结论是,一个过渡从阳极到阴极控制发生在点状腐蚀。然而,目前尚不清楚氯化物含量这一转变发生,所以在这方面应该进行进一步调查。很明显,点状腐蚀发生由于存在大量氯离子在一定的位置。这意味着,腐蚀电位大于蚀电位在那个位置11]。从点状腐蚀造成重大截面损失加固钢,在结构分析的截面损失点状腐蚀是一个非常重要的参数。因此,研究人员估计的因素称为“点蚀因素”,用于计算坑深度和钢筋截面的相关损失。点蚀的因素是最大的比例平均腐蚀坑深度渗透。点蚀因素在文献中已经报道来自实验调查和归纳如表83。

图4显示钢筋的直径大小之间的关系和点蚀因素相继从表中表示的结果5。根据这个图,点蚀系数增加而增长,钢筋的直径大小。

平均腐蚀渗透可以计算基于质量损失由于腐蚀和评估相关的当量直径的腐蚀酒吧(31日]。已经指出,点蚀因素增加钢筋直径的增加(32]。

使用法拉第定律,假设半球形形式坑,最大坑深度如下(33]: 在哪里是最大坑深度(毫米),是点蚀因素,腐蚀电流密度(),时间(年)。

2.3。预测腐蚀的速度

毕业典礼的腐蚀时间和腐蚀率非常重要影响因素RC结构的恶化,因为他们与腐蚀结构的剩余容量。许多因素影响的腐蚀速率分为三组:叫钢条件,混凝土和绑定属性和外部因素。基于经验和数学模型由过去的研究开发,表4显示了重要的因素影响腐蚀速率和腐蚀的起始时间(34- - - - - -52]。在所有因素中,一个可能会注意到,增加总氯腐蚀速率。这意味着所有影响因素的总氯(见表2)影响腐蚀速率。实证模型中增加饱和孔隙度会导致腐蚀速率的下降和上升。另一方面,数学模型表明,增加饱和度孔隙从30%到50%会导致腐蚀速率增加,而进一步增加从60%到100%会导致减少腐蚀速率(36]。

而准确地测量腐蚀是困难的,有一些简单的方法基于腐蚀电位和腐蚀速率,可以使用由研究人员和实践工程师估计活性腐蚀钢筋混凝土结构。例如,根据ASTM c - 876 - 91,如果腐蚀电位,小于−0.35,活跃的腐蚀的概率是95%以上(53]。Elsener et al。54)表示,腐蚀电位不等来意味着钢铁腐蚀。梁等。55)报道,使用腐蚀电流密度腐蚀时间比腐蚀等级可以根据评估表5。

2.4。腐蚀的副产品和Corrosion-Induced开裂

正如前面所讨论的,当开始腐蚀,腐蚀形成的副产品。腐蚀的副产品的体积大于钢铁。因此,体积膨胀引起拉应力导致裂纹的传播到混凝土保护层。赵et al。56]建议的膨胀系数2.64,2.85,3.02,样品在氯化钠溶液腐蚀,或在附近的海岸在飞溅区,分别。表6介绍了不同组件的体积膨胀腐蚀副产品由过去的研究发现的。

预测生锈的膨胀体积的知识是非常重要的改善钢筋混凝土结构的使用寿命。膨胀系数的变化由过去的研究清楚地表明,需要进一步研究铁锈成分要求。

对力学性能和特点腐蚀的副产品,保健et al。57)表示,锈层的杨氏模量取决于未腐蚀的钢筋的直径和厚度的锈层。赵et al。56]显示环境参数如湿度和氧气量可用性体积膨胀系数不同。增加湿度和氧气的数量提高了膨胀系数。

过去的研究调查corrosion-induced开裂和共享的影响因素,并根据实验数据测量裂缝宽度。18审查工作的总结提出了在桌子上7显示裂缝宽度测量除了一些细节如数量、电流密度和/或类型的腐蚀和曝光时间。表7可以给一个总体看法corrosion-induced破解。值得注意的是,最大裂缝宽度在文献中报道到目前为止6毫米(31日]。一些模型已经开发了预测裂缝的宽度。安德拉德et al。58),例如,提供了一个简单的公式来预测裂缝的平均宽度元素暴露在自然腐蚀(59]: 在哪里裂缝宽度(毫米),是一个无量纲因子,酒吧的混凝土保护层/直径比,然后呢是渗透腐蚀的时间吗(年)和等于 在哪里(毫米/年)腐蚀速率。

安德拉德et al。59)验证与15岁的RC标本的公式。他们提议为他们的公式。杜et al。60)显示,同时减少的w / c(水水泥)的比率,增加覆盖重要因素抵抗开裂是由于氯的入口。很明显,腐蚀速率影响摘要腐蚀一直是一个重要的因素。

腐蚀电流密度之间的关系,(mA / m²),腐蚀速率,(μ米/年),可以用下列方程表示61年]: 在哪里(克/摩尔)是原子重量,离子价,是密度(克/厘米³)。

预测时间的腐蚀开裂是corrosion-induced破解主题,另一个重要因素是用来预测腐蚀钢筋混凝土结构的使用寿命。预测腐蚀开裂的时间已被许多研究人员解决包括(55]。在这方面,一些数学模型已经开发的(62年- - - - - -67年]。图5显示了截面损失的百分比之间的关系在钢筋和裂缝宽度(毫米)基于结果表表示8。图5显示增加的百分比截面的损失由于腐蚀提高裂缝宽度。

裂缝宽度与腐蚀率上升的原因是更多的腐蚀副产品在更高层次的腐蚀导致裂缝宽度的增加。

2.5。研究的空白

主要研究缺口chloride-induced腐蚀可以概括如下:(我)更准确的价值为真正的RC结构氯离子浓度的关键内容。(2)因素和对氯的关键内容的影响。(3)健壮的点蚀因素实际腐蚀结构。(iv)及其对腐蚀速率的影响因素和启动时间。(v)健壮的腐蚀速率和起始时间的预测。(vi)更准确的值体积膨胀腐蚀副产品和锈组件,特别是对真正的锈蚀钢筋混凝土结构。

研究旨在填补上述研究空白的不确定性将导致减少估计chloride-induced腐蚀。

3所示。Corrosion-Induced RC结构的恶化

正如前面所讨论的,腐蚀的两个主要的结果是减少钢筋截面面积和体积膨胀腐蚀造成的副产品。因此,钢筋力学性能如弹性模块,力量,在屈服应力和应变,最终与腐蚀点改变。尤其是关于循环行为的钢筋,腐蚀变化耗能特性和故障所需的周期数。混凝土与钢筋之间的债券不同锈蚀钢筋混凝土成员。约束混凝土的应力-应变模型压缩区域混凝土受腐蚀和最大压应力减小,因为裂缝传播到由于腐蚀混凝土保护层。最新的,没有实验研究表明腐蚀钢筋混凝土应力-应变关系列上的影响。值得注意的是,作者正在进行类似的实验研究。因此,锈蚀钢筋混凝土的材料特点成员必须申请腐蚀结构的分析和模拟。

3.1。腐蚀对钢筋的力学性能的影响

不规则钢筋截面积的减少导致增援力学性能的变化。裸露的酒吧和一些单调拉伸测试对钢筋混凝土梁和钢筋混凝土元素和弯曲测试板进行了估计减少相应力学性能的因素。减少因素的百分比减少机械性能表明会发生截面减少1%,他们估计从实验结果和以往的研究报道。本文调查18日实验工作已经完成,结果和引用表中给出8。以下研究力学性能包括:产量和极限(压力或迫使)强度,弹性伸长,模块。方程(5)- (10)是典型的模型相继从过去的研究使用的实验数据,可以用来计算腐蚀钢筋的机械性能: 在哪里,,,,,屈服应力、极限应力、弹性模量、伸长率、屈服力,和最终的力量腐蚀酒吧,分别,,,,,减少他们的相关因素,横截面的损失百分比,,,,,,屈服应力、极限应力、弹性模量、伸长率、屈服力,和最终的力量noncorroded酒吧。

虽然在文献中给出的结果有一个广泛的变化,上述综述引用报告的一些结论如下:(我)非常低的腐蚀可能不会影响钢筋的力学性能。(2)通常,减少因素环境腐蚀和普通钢筋高于加速腐蚀,变形钢筋。(3)最大的换算系数与伸长。这是非常重要的对于钢筋混凝土结构的抗震性能。(iv)通常,点状腐蚀和腐蚀中的违规行为增加减少的因素。另一方面,减少对点状腐蚀因素比一般腐蚀(68年]。(v)减少因素裸露的钢筋腐蚀和腐蚀而嵌在混凝土是相似的(60]。(vi)的影响类型(普通或畸形类型)和钢筋直径减少因素可以被忽视的60]。

说明发表的变化因素,减少的最小和最大减少因素四个钢筋力学性能的基础上,数据在表中8如图6。机械性能包括伸长率、弹性模量()、屈服应力和最大应力。线性回归以来受雇于所有过去的研究估计减少因素,最小和最大减少因素如图6基于线性回归的代表。

图6表明,腐蚀钢筋的力学性能恶化。然而,有大的变化结果发表在文献中基于单调测试。结果还表明,最大限度的减少因素和减少最小值和最大值之间的最大差异因素已经报道了伸长。

一些数量的研究确定循环腐蚀钢增援的行为。Apostolopoulos和帕帕多普洛斯69年]表明,造成质量损失小于2%和3%的数量减少22%和47%最大破裂所需周期,分别。Apostolopoulos和Pasialis70年]研究了光滑的低循环疲劳行为和肋钢筋不同程度的腐蚀。他们报道,光滑的酒吧显示更好的循环行为比低肋钢筋的应变振幅和质量损失8%由于腐蚀。另一方面,光滑的酒吧可以消除更多的能量和需要更高数量的周期失败在低应变大小()比肋的酒吧。这些优势消失随着应变幅度增加。Hawileh et al。71年]研究了腐蚀对循环的影响行为的BS B500B酒吧。他们已经表明,腐蚀降低低循环疲劳寿命的酒吧。他们指出,低应变幅度()导致更多消散的能量和减少所需周期比更高的应变振幅(失败)。Zhang et al。72年)发现的腐蚀程度的增加会导致减少腐蚀钢筋的疲劳寿命。他们还声称,腐蚀疲劳行为的影响,自然腐蚀钢筋比单调的行为和人为腐蚀钢筋,分别。

3.2。的腐蚀对钢筋和混凝土之间粘结强度的影响

表9显示了腐蚀的比例对粘结强度的影响基于16实验作者审查的工作。作为一个总体趋势,低腐蚀百分比增加键的强度,而高百分比的腐蚀一直减少键的强度。类型的钢棒和监禁的重要因素是由于腐蚀影响粘结强度的变化。尽管上述趋势,变化非常高说明在这一领域进一步研究的意义。自chloride-induced腐蚀是混凝土保护层的函数和马镫总是不如纵向覆盖酒吧,应该进行进一步的研究来考虑这个问题,最好的作者的知识没有在文献中报告。此外,高水平的腐蚀原因关键减少债券在循环荷载下,而腐蚀下5%增加债券的能力(114年]。据报道,监禁有效降低债券降解循环载荷作用下(114年]。

信息收集表9一直以图形方式呈现在图吗7。图7因此,显示了noncorroded钢材腐蚀钢筋的粘结强度比在腐蚀百分比基于过去发表的实验研究。数据分为两组包括承压和非承压RC样本。

3.3。腐蚀的影响约束混凝土的应力-应变模型

监禁而言,横向钢筋腐蚀改变约束钢筋混凝土构件的属性。然而,没有证据表明约束混凝土的应力-应变模型如何改变由于腐蚀。曼德et al。115年)表示,“监禁的定义是足够的横向钢筋的圆形或矩形排列的形式。“他们还说,“目标是限制钢筋混凝土构件的屈曲压缩,以避免下纵向酒吧,并防止剪切破坏。“监禁是一个关键因素在塑性铰区域,因为它确保了延性能力要求地震事件。横向钢增援部队最近的钢筋表面的RC成员。因此,他们比纵向钢筋腐蚀更严重。腐蚀的影响限制是非常罕见的,只有一个报告116年在文献中)被发现在这个问题上。Ou et al。116年]分析计算的强度比基于腐蚀钢筋和基于减少约束混凝土的极限应变强化钢的力学性能。很明显,在这方面需要进一步的调查。在这一领域的研究正在进行中在坎特伯雷大学的作者。

3.4。腐蚀的影响钢筋混凝土结构的混凝土强度

正如前面所讨论的,腐蚀造成传播裂缝混凝土芯,影响压缩和混凝土材料的抗拉强度。一些研究已经识别出裂缝的影响混凝土材料的抗拉和抗压强度。维琪和柯林斯117年),例如,下面的方程,解决了裂缝对混凝土的抗压强度的影响: 在哪里是裂缝混凝土的压应力,是noncracked混凝土的最大压缩应力,然后呢的比例原则拉伸应变最大应变对应于最大压应力()。很明显,是负的。

上面的方程已经提高了以下研究[118年,119年]。

进一步的调查是非常需要识别腐蚀对混凝土裂缝和顺向混凝土强度的影响。

3.5。时间恶化为钢筋混凝土构件模型

腐蚀和顺向降解时间。因此,恶化模型时变数学方程显示机械性能恶化和时间之间的关系。例如,使用替代的用一个方程之间的关系和时间,(4)(9)将时间恶化模型强化钢的力学性能。

有两种不同类型的退化模型RC结构宏观模型和微观模型。宏恶化模型开发了基于微裂纹增长。增长导致宏观裂缝和微裂缝也加速进入积极的离子(120年,121年]。

微恶化模型常用的文献中已经开发了基于三个模型包括运输模型的离子,电化学腐蚀模型和结构模型。结构模型可以开发相应的维度,降低强度,减少或增加裂缝的121年]。菲克第二定律用于离子的扩散是运输模式24]。有一些研究,开发了腐蚀对钢筋混凝土结构的退化(3,122年- - - - - -124年]。

3.6。主要研究空白

主要研究缺口corrosion-induced RC结构的恶化可以概括如下:(我)健壮的退化模型,钢筋腐蚀钢筋考虑循环行为在地震事件。(2)健壮的退化模型来预测债券在锈蚀钢筋混凝土结构钢筋和混凝土之间。(3)Corrosion-induced约束混凝土的应力-应变模型。(iv)腐蚀影响混凝土的抗压强度。

4所示。评估锈蚀钢筋混凝土桥墩的抗震性能

根据到目前为止,讨论腐蚀降解机械和结构特点导致对钢筋混凝土结构的抗震性能产生负面影响。桥梁的桥墩抗震元素。因此,桥墩的抗震性能评估暴露于腐蚀是非常重要的。数值模拟腐蚀桥墩非常复杂,和利用数值模拟有限数量的不确定性。另一方面,这两个数值和实验调查需要全面研究长期腐蚀桥墩的抗震性能。许多研究开发方法和配方预测起始和传播时间的腐蚀,腐蚀开裂时间,破坏钢筋和混凝土之间的债券,最低负荷承载能力,最大变形、最大磁导率,或失效概率55,125年- - - - - -130年]。然后,为基于性能的地震工程开发方法和开发地震桥梁进行了基础的脆弱性评估钢筋混凝土桥梁和其他结构的抗震性能使用脆弱性曲线基于失效概率(131年- - - - - -137年]。抗震性能评估使用脆弱性函数可以申请一个成员或整个桥梁结构。最近,秋山和Frangopol [138年)提出了一种过程生命周期的地震可靠性估计腐蚀桥墩基于集成概率评估地震和机载氯的危害。Ou et al。116年)开发了一个简单的地震评估腐蚀钢筋混凝土桥梁基于非线性静态推覆分析。他们提出了钢筋混凝土桥梁的抗震能力和需求的峰值地面加速度(PGA)。实际上,多年来地震需求崩溃(PGA)成为大于地震能力(设计PGA)计算了实际钢筋混凝土桥梁。

然而,正如前面提到的,困难和不确定性在RC桥墩受到腐蚀的数值模拟和地震灾害表明关键需求进行进一步的调查,在这个内容需要和先进的数值方法。接下来的一代又一代的数值方法来评估锈蚀钢筋混凝土桥墩的抗震性能可能如下:(我)开发一种新配方的有限元方法建立在纤维或纤维束方法(139年]。(2)实时信号处理和更新现有的桥梁有限元模型基于振动和腐蚀电位测量。(3)人工智能方法,如遗传算法(140年]。

4.1。数值方法来模拟退化的钢筋混凝土桥墩暴露于腐蚀

数值方法来模拟钢筋混凝土桥墩抗震性能的暴露于腐蚀可分为三组包括截面,成员,和系统级分析。这种分类类似于一个申请noncorroded RC桥墩。非线性分析和有限元方法的集成是一个流行的数值方法,已用于腐蚀和noncorroded RC桥墩(140年- - - - - -143年]。根据文献,非凡的从数值模拟结果与腐蚀钢筋混凝土桥墩抗震性能的桥梁可以概括如下:(我)腐蚀改变机制的崩溃(143年]。(2)腐蚀降低负荷能力由于增加地震需求和减少地震能力导致失效概率的增加(144年- - - - - -146年]。(3)腐蚀增加概率模型的不确定性分析模型(147年]。

截面水平分析可能是最古老的数值方法在三种方法用于模拟钢筋混凝土桥墩的恶化。腐蚀导致混凝土材料损伤和债券之间的钢铁和混凝土延性导致损失部分。截面延性损失可以计算使用moment-curvature分析(148年,149年]。有一些研究退化引起的钢筋混凝土桥墩截面的腐蚀已使用moment-curvature分析调查。抗震能力的侵蚀截面也可以通过使用截面层次分析(143年,145年,150年,151年]。

会员级别分析数值方法提供一个机会来评估整个腐蚀桥墩的抗震性能。有限元公式用于模拟腐蚀桥墩的抗震性能。这一目标,关系,例如,侧向力和位移之间的开发(152年]。仿真模型应考虑恶化由于腐蚀模拟退化。失效模式和锈蚀钢筋混凝土桥墩的地震反应可以从成员获得水平分析。

系统级分析的目标是评估动态响应的腐蚀桥暴露于地面运动。有大量的研究在文献中腐蚀的系统级分析桥梁在使用脆弱性评估(124年,144年- - - - - -146年,153年]。然而,Lv et al。142年),例如,评估腐蚀的影响弯曲梁高桥墩抗震性能的对比分析桥的有限元模型。他们发现腐蚀桥的抗震性能恶化,和两个主要因素,包括pier-height pier-corrosion负责增加塑性应变。

4.2。大规模的实验测试,以评估腐蚀桥墩的抗震性能

正如前面提到的,腐蚀的数值模拟桥墩非常复杂,他们可能不能捕获所有腐蚀的影响桥墩的抗震性能。因此,大规模的实验测试需要评估腐蚀桥墩的抗震性能。一些研究已经报道了钢筋混凝土的腐蚀对循环的影响行为列(154年,155年]。然而,根据作者的最好的知识,大规模地震试验测试腐蚀桥墩是罕见的,只有一个案例(139年]在文献中被发现。迪茨et al。139年设计了一个钢筋混凝土桥墩EC2。他们腐蚀桥墩使用加速腐蚀技术的水洼码头的一部分在氯化钠溶液为6个月。当时腐蚀桥墩受到横向循环荷载50 KN使用液压致动器。他们测量挠度在顶部,底部旋转,压力在混凝土和钢筋,和宽度的裂缝。从结构的角度来看,桥墩刚性连接到基础是高伤害系统因为最后形成塑性铰的码头结构耗能的机理在地震事件。高伤害系统是被批评的传统抗地震系统过去的研究由于高昂的维修时间和成本和交通中断所产生的问题(156年]。

4.3。地震、结构性和耐久性修复桥墩暴露Corrosion-Induced损害的行为

需要改造的腐蚀桥墩已经由过去的研究解决。有一个传统方法修复腐蚀桥墩,包括两个阶段:首先,应该删除所有严重腐蚀领域;然后,覆盖材料的低渗透性已经使用(157年,158年]。Gergely et al。159年]恢复腐蚀桥墩使用纤维增强塑料复合材料样品。他们比较桥墩的抗震性能通过数值和大规模的实验测试,发现剪切能力和延性有明显改善。然而,模拟对钢筋腐蚀的影响,他们将三个马镫循环列和三个马镫循环的每一方cap-beam附近的关节。他们指出,使用玻璃钢复合材料的一个优点是,它不增加重量的列。补强(160年)发现,玻璃钢扭曲所提供的约束提高抗压强度和钢筋混凝土柱的延性。然而,耐久性是影响环氧树脂使用的类型。Demers和尼尔161年)表明,玻璃钢钢筋混凝土的延性和强度影响的类型列。Pantazopoulou et al。162年)替代方法相比修复腐蚀桥墩的抗震性能评估使用外部纤维增强聚合物(FRP)包装。他们说最好的修复策略postrepair腐蚀,强度恢复,和延性清洁受损表面材料(没有删除),然后使用玻璃钢层外套。然而,需要进一步的实验来证实的效率提出了策略在实践中。Baiyasi和Harichandran163年)得出结论,更大数量的玻璃纤维比碳纤维所需达到的等效结构性能postcorrosion修复。腾et al。164年)报道,而玻璃钢钢筋混凝土的耐久性特征列增加,它可能有一些负面影响在钢筋混凝土柱的力学性能。大量的研究表明,FRP并未完全停止chloride-induced腐蚀但减少腐蚀的速率(162年,163年,165年- - - - - -173年]。回答一个重要问题的最好的策略是使用玻璃钢修复腐蚀桥墩,森(169年)表示,最好的策略来保护对chloride-induced腐蚀混凝土柱是应用玻璃钢夹克和填补差距的列和夹克使用环氧树脂满足以下条件:(我)应用玻璃钢夹克在全长当没有可见corrosion-induced可以找到信号。(2)利用合适的环氧树脂作为表面腐蚀屏障和填充列之间的差距和夹克。(3)利用至少两层玻璃钢。

森(169年)认为,FRP约束混凝土的弯曲变化腐蚀扩散。之前他也建议不使用玻璃钢扭曲可见腐蚀迹象减少维修成本。伍et al。170年)得出结论,玻璃钢扭曲保护钢筋混凝土单独列比环氧树脂。已经表明,低的腐蚀量(4.2%)不影响钢筋混凝土柱的偏心载荷承载能力,和破坏的强度列与碳玻璃钢高于完全扭曲的列。完整的长度由碳纤维增强塑料的性能比,部分由碳纤维增强塑料(174年]。李等人。175年]分析了锈蚀钢筋混凝土柱的抗震性能限制了玻璃钢和钢铁夹克。他们表明,FRP和钢铁夹克提高钢筋混凝土柱的抗震性能,并应用两个夹克改善抗震性能优于单独应用之一。最近的一项调查进行腐蚀钢筋混凝土桥梁在纽约州强调需求改造腐蚀钢筋混凝土桥列,特别是腐蚀重叠拼接,减少可能的损失在将来地震事件(176年]。

4.4。发展时间地震评估腐蚀钢筋混凝土桥墩的文献报道

传统的结构分析是无法分析系统和结构在多个定常危害。在一生时间分析,因此,需要考虑所有的危险。的钢筋混凝土结构(尤其是RC桥墩)受到腐蚀和地震,两个危害corrosion-induced恶化和地震事件。有一些研究文献中,主要是近年来发表,表明腐蚀影响桥墩的抗震性能。然而,不同的标准已经由过去的研究使用。Biondini et al。151年),例如,提出了时间依赖的桥墩弯矩阻力暴露于腐蚀。他们已经表明,腐蚀桥墩弯矩阻力的降低。按时间的变形能力,漂移率需求,腐蚀桥墩的抗剪能力,和需求研究(93年,124年,144年]。时间失效概率(时间脆弱性分析)的腐蚀桥墩已经由过去的研究开发,可以直接用于地震分析(93年,124年,144年,145年,177年,178年]。此外,脆弱性增量函数已经被开发出来,它是时间的函数,给定变形或剪切需求,可以用来预测腐蚀的脆弱性桥墩在生命周期分析和风险评估147年,178年]。

4.5。研究的空白

主要研究缺口锈蚀钢筋混凝土桥墩抗震性能的评估可以概括如下:(我)健壮的腐蚀桥墩的数值模型。(2)大型腐蚀桥墩抗震性能的实验测试和桥梁结构(一半规模和全面测试)。(3)实验测试用于腐蚀桥墩修复方法的效率。(iv)健壮的数值模型来评估时间RC桥梁的抗震性能受到腐蚀。

5。结论

摘要chloride-induced腐蚀,腐蚀的影响在结构和钢筋混凝土结构的力学性能或元素,和锈蚀钢筋混凝土桥墩的抗震性能进行了综述。达到这一目标,大量的发表论文与他们所有的实验和数值资料已经收集和回顾。从目前的文献综述,得出以下主要结论:(1)发表论文的结果代表综述论文取得了从样本或结构主要是利用普通硅酸盐水泥材料,和即将到来的和最近的水泥材料的行为需要进一步调查。(2)RC结构的损伤预测由于chloride-induced腐蚀明显取决于评估的重要输入参数,如腐蚀速率,关键内容,限制步骤开始点状腐蚀,corrosion-induced破解。然而,过去的研究报告的结果表现出关键问题包括矛盾的结果和实验技术和报告结果的不确定性。此外,结果不能被转移到真正的结构。因此,在这些领域需要进一步调查。(3)更可靠的退化模型是高度要求的地震评估和分析锈蚀钢筋混凝土结构。另一方面,恶化模型主要为人工腐蚀样品开发的,而自然和人工腐蚀之间的关系在许多方面是未知的。因此,这一地区是一个重要的研究方向。(4)锈蚀钢筋混凝土结构地震分析(尤其是桥墩)非常复杂,和许多不确定性限制利用数值方法。因此,开发更多最近的数值方法和大规模的实验测试分析所需的钢筋混凝土结构在多个危害(腐蚀和地震)。(5)虽然一些研究者基于他们的造型已经开始构建脆弱性功能被集成在一生中抗震性能框架,仍有很多漏洞需要覆盖测试和造型。(6)RC桥墩的抗震性能长期暴露于氯包含三个主分区了部分2来4本文旨在开发以下步骤与LCA的腐蚀钢筋混凝土桥墩:(7)按时间的退化模型。(8)时间腐蚀结构的抗震性能。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

支持的研究项目是自然灾害研究平台(NHRP)项目名为“新西兰先进的桥梁施工和设计(ABCD -新西兰桥梁),“2011 - 2015。作者欣然承认NHRP的支持。

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