[发明专利]一种氯离子环境下钢筋混凝土使用状态分析的宏细观模型等效方法

说明书

本发明公开了一种氯离子环境下钢筋混凝土使用状态分析的宏细观模型等效方法，涉及建筑材料分析技术领域，包括S1、建立细观混凝土和宏观混凝土模型力学性能的等效，S2、建立单个骨料与ITZ的等效扩散系数S3、根据各粒径骨料数量比，得到骨料与ITZ的等效扩散系数D_eq，S4、将砂浆、骨料和ITZ细观混凝土等效为混凝土宏观扩散系数D，本发明针对复杂的海工环境，该等效方法的提出在满足分析需求的同时，可以有效降低分析主体的计算维度，提高计算效率，进一步丰富和发展钢筋混凝土结构耐久性研究中的基本方法。

技术领域

本发明属于建筑材料分析技术领域，具体涉及一种氯离子环境下钢筋混凝土使用状态分析的宏细观模型等效方法。

背景技术

随着我国经济的高速发展，一些重要的跨海大桥，海底隧道等依靠顶尖技术支撑的基础设施投入建设或使用。混凝土作为被大量用于基础建设的材料，其建设和使用中的安全性与耐久性日益突出，对设计提出了更高的要求。因此，钢筋混凝土结构耐久性研究中基本方法的提出和运用受到重点关注。

混凝土是一种复合材料，由粗骨料、砂浆和二者间的粘结界面组成。数值模拟中，一般通过多尺度方法分析混凝土结构使用状态。但是，海工环境下，氯离子侵蚀混凝土会导致钢筋发生锈蚀，钢筋锈蚀体积膨胀会导致混凝土保护层开裂，进而会显著改变氯离子在混凝土中的运输通道，加剧钢筋锈蚀破坏过程。上述过程耦合，使得钢筋混凝土结构使用状态的分析变得相对复杂。权衡分析精度和计算效率，对于大型或复杂钢筋混凝土结构，提出合理的宏观和细观等效模拟方法，并将其应用于氯离子侵蚀与钢筋锈蚀膨胀这一渐进加强的过程耦合中的研究相对较少。

发明内容

为了发展复杂环境下大型钢筋混凝土结构耐久性研究的基本方法，本发明的目的在于提供一种氯离子环境下混凝土使用状态分析的宏观和细观模型等效方法，该方法的提出可以在保证计算精度的基础上有效降低计算量，提高氯离子环境下钢筋混凝土耐久性问题的分析效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

混凝土细观分析模型如图4所示，上述细观模型等效宏观模型如图5所示。

一种氯离子环境下钢筋混凝土使用状态分析的宏细观模型等效方法，包括如下步骤：

S1、根据随机生成的混凝土细观模型，简化为等尺寸的混凝土宏观模型，通过对细观模型施加轴向拉力，得到细观混凝土的应力-应变曲线，从而获得宏观混凝土的等效力学参量，并建立细观混凝土和宏观混凝土模型力学性能的等效；

S2、建立单个骨料与ITZ的等效扩散系数ITZ是指界面过渡区，其等效公式如下：

式中，R为单个骨料半径，为第i类粒径单个骨料外ITZ扩散系数，为第i类骨料扩散系数，δ是ITZ的厚度；

S3、根据各粒径骨料数量比，得到骨料与ITZ的等效扩散系数D_eq，其公式如下：

式中，N⁽ⁱ⁾是第i类粒径的骨料总个数；

S4、将砂浆、骨料和ITZ细观混凝土等效为混凝土宏观扩散系数D，其公式为：

D_itz＝αD_cp

式中，D_itz是ITZ的扩散系数，α是ITZ与砂浆的扩散比，f_cp为砂浆占总面积的比值，f_agg为骨料占总面积的比值，D_cp为砂浆中氯离子扩散系数，f_itz是ITZ 占总面积的比值。

优选的，所述步骤S1中忽略了骨料的渗透能力，即