本文是一篇土木工程论文，本文结合国内外现有研究，基于OpenSEES有限元软件确定了精细化的钢筋混凝土材料本构模型。混凝土材料本构模型中考虑了不同服役龄期下碳化对混凝土本构模型的影响，并通过划分混凝土核心区和非核心区的方式考虑混凝土随服役龄期抗震性能的下降；
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.1.1 课题研究背景
自二十世纪初以来，我国发生的地震有不断增加的趋势。地震作用下，人员伤亡较多，财产损失严重，其中7级以上的地震造成的损失如表1-1[1,2] 。随着科学技术的不断进步，可以探索到越来越多的海洋资源，建设近海工程已成为推动国家经济快速发展和维护国家安全的重要战略支撑[3,4]。
土木工程论文怎么写
............................
1.2 国内外研究现状
1.2.1 混凝土力学性能退化
混凝土随服役力学性能退化的原因有：第一，混凝土由于碳化作用发生化学反应会导致混凝土的力学性能发生改变。第二，氯离子腐蚀钢筋之后，锈蚀产物积累，钢筋体积增加，最终挤裂保护层混凝土，此时保护层混凝土的力学性能也会下降。箍筋锈蚀之后，箍筋的半径缩小，材料性能降低，对混凝土核心区的约束作用同时就会下降，可以认为核心区混凝土的力学性能下降。腐蚀后的混凝力学性能会下降，目前已经有很多关于腐蚀损伤混凝土力学性能退化的研究。
从保护层混凝土来看，Molina等人[6]将腐蚀理解成结构上施加的荷载，同时进行试验测试，提出了一种基于标准有限元技术的混凝土试件在受钢筋腐蚀时开裂的数值模型，定量评估了锈蚀对裂纹宽度的影响。
Ou等人[7]采用循环荷载研究了锈蚀钢筋混凝土梁的抗震性能，根据抗震设计规范设计了7根梁进行了电化学腐蚀实验，进一步完善了锈蚀混凝土的强度折减系数计算模型，该模型被多次用于腐蚀箍筋混凝土构件的分析。
Vidal等[8]在钢筋混凝土梁的氯离子腐蚀实验的基础上，推导出了混凝土保护层裂缝宽度的计算公式。
Xu P等[9]根据椭圆形非均匀锈蚀的曲线，建立了钢筋混凝土结构保护层在腐蚀的环境下发生膨胀开裂时的膨胀压力模型，该模型在用于膨胀压力计算时，可将精度控制在15%之内，同时该模型得出了锈胀压力的临界值与钢筋锈蚀的程度、钢筋的尺寸以及钢筋锈蚀后的体积膨胀率之间的规律。
........................
第二章 近海环境下钢筋混凝土材料耐久性损伤本构关系
2.2 近海环境下钢筋混凝土材料耐久性损伤机理
暴露在空气中的混凝土由于发生化学反应会受到化学腐蚀，混凝土碳化就是其中的一种。水泥是混凝土的重要组成部分，水泥在水化之后会产生可以被碳化的碱性物质，它们会与空气中的气体发生反应，进而混凝土的碱度就会下降。化学反应会改变混凝土内部组成结构，其力学性能和耐久性就会受到影响，结构的延性和构件的耗能能力就会降低[55]。
酸性大气环境中的氯离子在混凝土表面积累到一定浓度后就会扩散进入到混凝土内部，氯离子经过扩散、渗透，当氯离子接触到钢筋时，氯离子不但会将钢筋表面的钝化膜破坏掉，还会作为钢筋电化学腐蚀反应的催化剂。钢筋受氯离子侵蚀发生锈蚀的主要有以下四个机理[56-58]：
（1）破坏钢筋钝化膜
钢筋混凝土结构在未受到氯离子侵蚀时，混凝土内的pH值（在12.6以上）相对较高，钢筋在这种碱性环境其表面会生成保护钢筋的钝化膜。有实验数据表明：氯离子侵蚀钢筋混凝土结构后，会使混凝土内的pH值下降，钝化膜就会出现失稳（pH<11.5），出现轻微破坏（pH<9.88），最终氯离子会吸附在钝化膜处，进而破坏钢筋钝化膜（pH<4）。
（2）形成“电化学腐蚀电池”
混凝土中的pH值开始降低后，钢筋表面的钝化膜将首先发生局部损伤，导致铁基体暴露，暴露的铁基体和未暴露的钝化膜区域之间存在电势差，分别作为阳极和阴极形成电化学腐蚀电池，由于阳极区域相对阴极区域来说较小，故会在钢筋表面形成坑蚀，钢筋坑蚀示意图如图所示：
土木工程论文怎么写
...................................
2.3 混凝土材料耐久性损伤本构关系
空气中的CO2与混凝土发生反应之后，混凝土会变得更加紧密，混凝土中孔隙所占体积减小，进而混凝土的抗压强度提升。与此同时，混凝土的延性会降低，因此混凝土碳化后会增加脆性，对结构抗震性能是不利的 [59]。氯离子腐蚀作用会导致钢筋产生电化学反应而腐蚀和膨胀，锈蚀产物体积积累增大会挤裂破坏保护层混凝土。核心区混凝土的抗压强度也会随着箍筋的限制作用下降而降低。
2.3.1 混凝土本构关系
通过结构设计计算，将适当箍筋配置到结构当中，混凝土受压膨胀时会受到箍筋限制，从而提高核心区混凝土的强度和延性。相较于无约束的混凝土来讲，核心区混凝土由于约束作用具有更大的极限应变，进而提高结构的延性[60]。本文在建模过程当中，将分别考虑核心区和非核心区的混凝土材料本构以反映箍筋对核心区混凝土的约束作用。
Concrete02混凝土本构可由Kent-Park本构模型[61]的改进而成，本文拟采用OpenSEES材料库中的Concrete02模型模拟混凝土材料。它不但考虑了受拉强化作用，还将其中的受拉区间段进行了线性简化。其骨架和应力-应变滞回曲线如图2-2和图2-3所示。它的代码命令如下：
Uniaxial Material Concrete02 $matTag $fpc $epsc0 $fpcu $epsu $lambda $ft $Ets
其中，$matTag 表示材料编号；$fpc表示混凝土抗压屈服强度(fc)；$epsco 表示抗压屈服应变(???????? )；$fpcu表示屈服后残余强度(???????????? )；$epsu 表示屈服后残余应变(???????????? )；$lambda表示残余应变初卸载刚度与初始刚度比值(????)；$ft表示混凝抗拉强度(MPa);$Ets 表示受拉段软化刚度(绝对值)。本文中epsc0取0.002，epsu取0.004，fpc、fpcu根据混凝土标号取标准值并采用由Scott拓展的 Kent-Park[62]单轴模型计算得到。
...............................
第三章 近海环境下RC框架结构的设计与建模 ................................. 25
3.1 引言 ...................................... 25
3.2 近海环境下RC框架结构设计参数 ............................................. 25
第四章 近海环境下RC框架结构时变地震易损性分析 ..................... 37
4.1 引言 ...................................... 37
4.2 解析地震易损性模型 ............................... 37
第五章 近海环境下 RC 框架结构抗震韧性评估 ........................ 61
5.1 引言 ......................................... 61
5.2 锈蚀RC框架结构抗震韧性评估框架 ....................... 61
第五章 近海环境下RC框架结构抗震韧性评估
5.1 引言
建筑结构抗震韧性指建筑在震时与震后功能维持与快速恢复的能力。大量地震造成的危害表明，由与建筑物结构构件与非结构构件的破坏，建筑结构的功能下降，需要明确在地震作用下“结构损失比是多少”，“恢复结构到原有建筑功能需要多长时间以及多少费用”等问题。近海大气环境下结构受氯离子的侵害，随着结构服役时间的增加，结构的抗震性能不断下降，在地震作用下，结构发生破坏风险的概率不断增加。因此，需对近海大气环境下的RC框架结构开展抗震韧性评估，为近海大气环境下的结构韧性提升提供参考依据，减小人员伤亡数量，降低财产损失。本章将根据《建筑抗震韧性评价标准》及前文的RC框架结构易损性分析结果，对服役前后的RC框架结构进行抗震韧性评估，为该类结构的地震韧性设计与提升提供理论依据。
土木工程论文参考
..........................
第六章 结论与展望
6.1 主要研究结论
为实现近海环境酸性大气环境下RC框架结构的地震易损性分析和抗震韧性评估，本文基于OpenSEES有限元软件确定了精细化的钢筋混凝土材料本构模型；以设防烈度、层数、轴压比等作为主要控制参数，建立了近海环境下典型的RC框架结构。基于材料性能劣化机理，通过有限元软件OpenSEES建立了考虑材料性能退化的RC框架结构有限元分析模型；基于OpenSEES有限元软件，对不同层高、不同设防烈度、不同服役龄期和轴压比的RC框架结构进行IDA分析，得到了不同服役期下锈蚀RC框架结构的地震易损性曲线和地震易损性曲面；依据《建筑抗震韧性评价标准》，结合地震易损性分析得到的RC框架结构不同破坏状态的超越概率，对近海环境下不同服役期的锈蚀RC框架结构进行了抗震韧性评估。本文所得结论主要如下：
（1）结合国内外现有研究，基于OpenSEES有限元软件确定了精细化的钢筋混凝土材料本构模型。混凝土材料本构模型中考虑了不同服役龄期下碳化对混凝土本构模型的影响，并通过划分混凝土核心区和非核心区的方式考虑混凝土随服役龄期抗震性能的下降；钢筋材料本构模型中考虑氯离子对钢筋的锈蚀，将氯离子的扩散过程加以分段，确定了初始锈蚀时间、氯离子扩散系数及钢筋腐蚀率等相关参数；对钢筋混凝土柱开展水平往复荷载力学性能分析，与考虑锈蚀影响的钢筋混凝土柱抗震性能实验进行对比，并通过不同软件对比了有限元分析模型的自振特性以及多遇地震作用下的结构响应验证了数值分析模型的准确性。
（2）以PGA作为地震动强度指标，以最大层间位移角????作为结构性能指标，依据《建筑结构抗震设计规范》，确定了RC结构不同破坏状态下结构性能指标的限值。对建立的不同设防烈度、不同层高、不同服役期、不同轴压比的腐蚀RC框架结构利用OpenSEES有限元软件进行了动力时程分析（IDA），得到了不同设计变量的地震易损性曲线，建立了RC框架结构破坏状态概率矩阵。将时间参数引入解析地震易损性模型，得到了不同服役期RC结构不同破坏状态下的易损性曲面。
参考文献（略）