·94·
混凝土自诞生以来就以强度高、耐久性好等优点在工业
与民用建筑、道路与桥梁工程、港口工程等各种结构中得到
广泛应用。但近年来，在国内外的许多工程中发现混凝土结
构在侵蚀环境和使用过程中会逐渐老化、损伤甚至破坏。目
前我国仍处于基础设施建设高峰期，混凝土的耐久性问题应
得到足够重视，从源头抓起，减少经济损失。
目前，对于钢筋混凝土桥梁耐久性退化的数值模拟还没
有形成较为统一的模拟方法，并且在有限元模拟方面，主要
针对某一耐久性退化因素进行模拟，没有将多种因素综合考
虑到耐久性退化的模拟中。有限的资料显示，在钢筋混凝土
结构耐久性退化方面的研究主要是通过对混凝土退化模型、
钢筋退化模型及钢筋与混凝土之间的粘结退化模型3者之间的
耦合实现的。
本文选用了工程中常用的 T形钢筋混凝土梁进行计算机
仿真模拟。为更好地模拟结构，采用大型有限元软件 ANSYS
对T梁进行了数值建模，建模中分别采用二维和三维建模方
法对其耐久性退化进行数值模拟分析，从而实现对钢筋混凝
土桥梁耐久性退化的数值仿真。通过对数值模拟分析结果的
研究和对钢筋混凝土桥梁耐久性退化的分析，得出 2种能较好
地实现混凝土结构耐久性退化过程的方法。
1 钢筋混凝土结构退化模型
在受到空气、土壤及地下水等外部腐蚀环境的长期影响
下，钢筋混凝土结构性能会发生明显的改变。如大气中的二
氧化碳进入混凝土内部，可使混凝土内部的 pH值下降、钢筋
表面的钝化膜消退、钢筋发生锈蚀。其中混凝土碳化和钢筋
锈蚀是导致结构耐久性性能退化的直接原因。目前国内外对
于钢筋混凝土结构耐久性退化方面有比较多的研究。
1.1 a
?
?
?$
f?
在对混凝土耐久性的性能退化研究中，混凝土的碳化深
度是其中最主要的指标之一。由于混凝土暴露在外界中，所
以与混凝土密切接触的空气、土壤、地下水等环境中的酸性
气体或液体会通过各种渠道进入混凝土中，并与其中的碱性
物质发生反应，继而混凝土中的 pH值会下降，这就是中性化
过程，由于大部分中性化是由空气中的二氧化碳引起的，这
类中性化过程称为混凝土的碳化。
1.2 1
?$
f?
在钢筋混凝土结构耐久性退化过程中，钢筋锈蚀分为 2种
类型，均匀锈蚀和局部锈蚀（或点锈蚀）。大部分理论研究表明，
混凝土碳化引起的是钢筋均匀锈蚀 ；氯离子侵蚀引起的是钢
筋局部锈蚀。本文中的钢筋退化模型主要考虑了钢筋有效面
积减小、铁锈的影响、钢筋延性下降、钢筋屈服强度降低等。
1.3 ?
?$
f?
在影响钢筋混凝土结构耐久性及使用寿命的因素中，钢
筋的腐蚀是最重要的一个。通过一系列的试验发现，在钢筋
混凝土结构中，钢筋与混凝土之间的粘结性能会因为钢筋的
腐蚀发生改变。
试验发现，在钢筋腐蚀初期，钢筋腐蚀膨胀会使钢筋与
混凝土之间的粘结性能增大，随着腐蚀量的增加，保护层开裂，
使混凝土出现沿钢筋的纵向裂缝，造成了钢筋与混凝土之间
的粘结力降低。
2 钢筋混凝土桥梁退化数值模拟方法
钢筋腐蚀是钢筋混凝土结构性能退化的重要因素，而钢
筋腐蚀的首要条件则是混凝土的碳化和脱钝，在钢筋表面的
碱性钝化膜被破坏后，随着空气、水分等的侵入，混凝土结
构中钢筋发生锈蚀，钢筋与混凝土之间的粘结性能会下降，为
模拟和描述混凝土结构腐蚀后的性能，在建立钢筋混凝土的
［摘 要］ ?er}? w 、
? ? 、?
,划
??宄?1凯a
?
? ? c
?R?
?$?Q ，坤之 t?M
f
??堵
?
f
???。修??V?
???M (? ANSYS，??? K? （2D）? 8（3D） 1凯a
?
? ? c
?$
f?。 ?六圈
H/T c
f?? Vf ?,B|? ，??? 2D
f?? 3D
f?s?1 a
?
? c)??e ，s??堵 t 25?
?
f??
??
8:g??
8? ?? ；?
\ ? t 2D
f?? 3D
f? ?&?。
［关键词］ 1 a
?
? ? c ；
?R? ； ?
f
?
［中图分类号］ TU 73 b b b b b ［文献标志码］ A b b b b b ［文章编号］ 1001–523X（2020）17–0094–03
Research on Numerical Simulation Method of Durability
Degradation of Reinforced Concrete Bridge
He Ling-ling
［Abstract ］In order to analyze and verify the durability degradation process of reinforced concrete bridges under the environmental
conditions of air，soil and groundwater ，this paper presents a numerical simulation method of finite element simulation analysis. In this
method，two-dimensional（ 2D）and three-dimensional（ 3D）degradation models of reinforced concrete bridges are established by
using the finite element software ANSYS. In the actual calculation example ，the T-beam model is based on the environment of Shanxi
Province. The 2D model and 3D model are used to analyze the reinforced concrete beam ，and the
钢筋混凝土桥梁耐久性退化数值模拟方法研究（论文）.pdf
