摘要
钢筋锈蚀是钢筋混凝土（RC）结构耐久性的主要影响因素。由于荷载-环境耦合作用，实际结构中钢筋一定程度上存在不均匀锈蚀（点蚀）现象，致使材料延性下降，进而使构件、结构抗震性能下降。临海RC结构由于环境氯离子浓度较高，钢筋点蚀程度更严重。但几十年来各国学者关于钢筋锈蚀对材料、构件、结构性能影响的研究，很多使用的是均匀锈蚀，与实际临海结构中钢筋严重点蚀的情况不相符。因此，本文以临海RC框架结构为研究对象，基于大型通用有限元软件MSC.MARC平台开发的THUFIBER，通过数值模拟方法，研究其考虑纵筋不均匀锈蚀后的抗震性能。本文主要研究内容和成果如下：（1）考虑氯盐侵蚀对纵筋、箍筋约束核心区混凝土力学性能的影响。根据钢筋均匀锈蚀、均匀锈蚀和坑蚀共存（点蚀）两种锈蚀速度模型，确定钢筋截面锈蚀率 s?；并根据锈蚀材料力学性能参数与 s?的关系模型，对THUFIBER中未锈蚀材料本构进行修正，获得锈蚀后纵筋、箍筋约束混凝土的材料本构关系。（2）基于THUFIBER中的纤维梁单元，结合（1）中总结的材料本构模型，系统阐述了锈蚀RC构件的力学性能数值模拟方法。并通过与3组已有锈蚀RC试件试验（梁、柱、框架各1组）进行对比，验证了本文数值模拟方法的有效性，同时展示了在锈蚀RC结构的力学性能模拟中考虑纵筋点蚀的必要性。（3）以深圳市罗湖区的临海大气环境为背景，依照现行规范设计了一个5层RC框架结构算例。按照（2）中的建模方法，对不同服役年份下的结构分别建立了纵筋均匀锈蚀、点蚀的抗震数值分析模型。基于 23 条远场地震记录，对各模型算例进行了不同地震强度工况下的弹塑性时程分析，考察了各模型的抗震性能。结果表明：①随着服役年份增加，RC 框架结构的锈蚀率增大，结构抗震位移需求增加、变形能力降低，结构的破坏模式由框架柱中的受压钢筋失效控制逐渐转化为由框架梁中的受拉钢筋失效控制。②在相同的服役时长下，相较于均匀锈蚀模型，考虑纵筋点蚀后的结构抗震位移需求更高、变形能力更低、倒塌概率更高。（4）考虑临海地区常年存在的主导风向可能对结构各表面、各区域侵蚀作用的差异性，在（3）中5层点蚀RC框架结构算例的基础上，为不同区域的构件设置不同的钢筋锈蚀参数，以进一步探究更真实的临海 RC 框架结构的抗震性能，并得出以下结论：①随着服役年份增加，引入风向造成的结构各区域锈蚀差异性后，考虑纵筋点蚀的 RC框架结构将更易于向由框架梁中受拉钢筋失效控制的破坏模式转变。②在相同的服役时长下，引入风向因素后，考虑纵筋点蚀的RC框架结构地震倒塌概率更高。
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