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锈蚀钢筋与粉煤灰混凝土粘结性能的研究

奚邦发  
【摘要】:钢筋与混凝土之间的粘结性能是保证钢筋与混凝土协同工作的重要前提,同时也是混凝土基本理论体系的一个重要问题。本文针对这一问题在锈蚀钢筋与粉煤灰混凝土之间的粘结性能试验及有限元分析做了部分研究工作,主要研究内容包括:(1)为得到稳定的粉煤灰混凝土抗压强度值,针对不同龄期的粉煤灰混凝土进行强度试验,发现粉煤灰的龄期较长,随着养护周期变长,粉煤灰的抗压强度逐渐增强,同时,当采用超量取代法在混凝土中掺入粉煤灰时,一定量的掺量粉煤灰混凝土抗压强度比普通混凝土要略大。(2)通过对混凝土试块中钢筋进行中心拉拔试验,研究了不同钢筋锈蚀率对钢筋与混凝土间的粘结性能的影响,发现随着钢筋发生锈蚀,钢筋与混凝土之间的极限粘结强度、自由端初始滑移对应的粘结应力以及极限荷载对应下的平均滑移量在初始时均有一定程度增大,随着钢筋锈蚀率增大而逐渐减小,且随着混凝土试件的破坏,钢筋与混凝土间存在残余应力。同时,根据试验结果建立极限粘结强度、平均滑移值、与锈蚀率的关系模型。(3)同样,通过拉拔试验分别考虑了粉煤灰掺量、混凝土强度、箍筋作用对钢筋与混凝土之间粘结性能的影响,研究表明:在其它条件相同的情况下,一定粉煤灰掺量的拉拔试件自由端开始滑移时对应的粘结力相对较大,在相同的粘结应力时自由端滑移较小,且破坏时相对的粘结力大,这说明一定粉煤灰掺量使得钢筋与混凝土之间的极限粘结强度变大,同时塑性变好,但随着粉煤灰掺量增加,对应的极限粘结强度逐渐减小;混凝土强度高的对应的钢筋与混凝土之间的极限粘结强度大,对应的自由端的滑移量小;配置箍筋作用的试件,钢筋与混凝土之间的极限粘结应力大,滑移量小,说明有箍筋作用的试件延性较好。(4)通过结合试验研究与理论分析,基于典型粘结滑移本构关系曲线,将粘结滑移曲线分为初始滑移段、劈裂段、陡降段、破坏段和残余段,以及相应阶段对应的特征值。由此建立了相应的特征值试验模型,以推导出锈蚀钢筋与混凝土粘结滑移本构关系模型。(5)通过ABAQUS模拟三种不同钢筋锈蚀程度下的试件在各级荷载拉拔下的钢筋和混凝土的应力、应变,发现钢筋与混凝土的受力和变形情况与实际相符;同时引用非线性弹簧单元模拟锈蚀钢筋与混凝土的粘结滑移关系,将试验结果与所得到的有限元计算结果进行了比较,二者的结果相近,说明了试验结果较为准确。(6)以试验为基础,建立锈蚀钢筋极限粘结应力退化与锈蚀率的关系模型,以钢筋混凝土梁正截面承载能力计算模型为前提,基于混凝土梁截面应力应变基本假定,推导出锈蚀钢筋混凝土梁正截面承载力的计算式,通过与已有的试验结果比较,验证了本文中锈蚀钢筋混凝土梁正截面承载力表达式具有较高的准确性。


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