[发明专利]锈蚀钢筋混凝土梁损伤定位与量化评估方法

说明书

本发明公开了一种锈蚀钢筋混凝土梁损伤定位与量化评估方法，该方法先将该梁结构分段，测试已知荷载作用下分段处结构的竖向位移和转角，然后利用力学原理，基于已知荷载作用下的位移和转角测试值反推得到每一段梁结构的抗弯刚度和剪切刚度值，最后将得到的梁结构实际抗弯和剪切刚度分别与设计值进行比较，从而进行构件损伤的定位与损伤量的评估。本发明只需要已知荷载作用下的竖向位移和转角测试值即可实现锈蚀钢筋混凝土梁结构抗弯和剪切刚度的识别，具有可操作性强，简单易行的优点；另外，本发明采用解析的方法，不需要建立复杂的有限元模型进行多次迭代，效率更高且适用性广。

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，涉及到混凝土梁结构，具体是锈蚀钢筋混凝土梁损伤定位与量化评估方法。

背景技术

钢筋混凝土结构结合了钢筋和混凝土两种材料特性，具有刚度大、耐火耐锈蚀、整体性好等优点，是土木工程中最常用的结构形式，广泛应用于各种高层建筑、桥梁、水坝电站等。由于混凝土对钢筋的保护作用和混凝土自身的化学稳定性，在相当长一段时间内人们重视钢筋混凝土结构的强度而忽视了其耐久性。然而，氯盐侵蚀、碳化、碱集料反应等外界环境的影响，许多钢筋混凝土结构内部发生钢筋锈蚀现象，导致结构性能退化，甚至提前退出工作，造成生命和财产损失。

钢筋锈蚀影响混凝土结构抗力的三个关键因素包括：①钢筋锈蚀导致钢筋自身截面面积减小，进而影响钢筋的正常力学性能；②由于钢筋锈蚀过程中产生大量锈蚀产物，在混凝土结构的约束下产生锈胀力，进而使得钢筋保护层厚度开裂剥落，大大降低了钢筋混凝土有效截面；③锈蚀产物产生的同时也破坏了钢筋与混凝土的原有粘结力，导致钢筋与混凝土之间咬合力退化，大大影响结构的正常使用寿命。现有研究成果表明，钢筋锈蚀不仅影响混凝土结构的抗弯性能，而且会削弱结构剪切性能，但由于钢筋被包裹在混凝土内，其初期的锈蚀(混凝土未因钢筋锈胀而剥落)难以被发现，即使能采用无损手段监测到钢筋锈蚀，但锈蚀程度，以及其对混凝土结构的影响也不易量化评估。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种锈蚀钢筋混凝土梁损伤定位与量化评估方法，以利用已知荷载作用下的位移和转角测试数据，建立位移和转角与梁体抗弯和剪切刚度的内在联系，从而得到抗弯刚度损伤量和剪切刚度损伤量，及抗弯刚度退化量和剪切刚度退化量，进而对锈蚀钢筋混凝土梁进行损伤定位与量化评估。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

锈蚀钢筋混凝土梁损伤定位与量化评估方法，包括以下步骤：

第一步，使梁构件处于简支状态，采用四点弯曲加载，加载的两个集中力大小均为p，间距为c，两个集中力作用中心与梁结构跨中重合；

第二步，将梁结构在关心截面分段，具体将梁结构按跨径l进行四等分，设每段梁体在分段内抗弯刚度和剪切刚度均为一定值，设第1段至第4段梁体抗弯刚度分别为B_r1、第1段至第4段梁体剪切刚度分别为C_r1、其中，k₂、k₃、k₄分别为第2段至第4段梁体与第1段梁体抗弯刚度比值的倒数，j₂、j₃、j₄分别为第2段至第4段梁体与第1段梁体剪切刚度比值的倒数；

第三步，在梁结构截面分段处及梁结构两端的支点截面处都布设有位移和倾角传感器，位移和倾角传感器分别用于测试梁体竖向位移和绕横向转动的转角，其中，测试竖向位移值分别为ω₀、ω₁、ω₂、ω₃、ω₄，测试转角值分别为θ₀、θ₁、θ₂、θ₃、θ₄；