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锈蚀损伤后不锈钢钢筋混凝土构件力学性能研究

于凤荣  
【摘要】:不锈钢钢筋在空气、蒸汽、水以及盐溶液中不易锈蚀,鉴于普通钢筋混凝土结构的耐蚀性能差,在近海与腐蚀环境下的混凝土结构尝试采用不锈钢钢筋代替普通碳钢提高耐久性。与普通碳素钢筋不同,不锈钢材是一种典型的非线性材料,其应力-应变关系曲线上没有明显的屈服点和屈服平台,一般取塑性应变为0.2%时对应的应力作为材料的名义屈服强度。为了验证不锈钢钢筋用于工程的可行性,本文对不锈钢钢筋以及不锈钢钢筋混凝土结构构件开展了试验研究与理论分析,内容如下:(1)局部坑蚀是普通钢筋和不锈钢钢筋普遍发生的锈蚀形态,也是对混凝土结构性能影响最为显著的锈蚀形态。基于大量工程实际检测资料和耐久性退化试验资料,假设局部蚀坑为椭球体,开展了局部坑蚀的3D有限元数值模拟,探讨蚀坑深度“d”,蚀坑宽度“b”,蚀坑长度“1”对钢筋力学性能的影响机制,提出应力不均匀系数,并分析了蚀坑形状参数对应力不均匀分布的影响。针对不锈钢筋材,首次设计开展了耐久性退化的加速锈蚀电化学试验,监测不锈钢钢筋在不同锈蚀率下的腐蚀电流和阻抗,试验结果发现:未锈蚀钢筋的腐蚀电流较小,阻抗较大,表明未锈蚀的不锈钢钢筋抵御锈蚀的能力强;钢筋开始锈蚀以后,腐蚀电流大幅度增加,阻抗大幅度减小,钢筋抵抗腐蚀的能力变差。(2)开展了锈蚀前后的不锈钢钢筋混凝土构件粘结性能试验,得到了 7组不同锈蚀率下的试件的粘结拉拔承载力,总结了锈蚀对其粘结性能的影响规律。试验结果表明,变形不锈钢钢筋拔出试件的破坏模式以劈裂破坏为主,锈胀裂缝的存在极大削弱了试件的粘结强度。未锈蚀的带肋不锈钢钢筋和碳素钢筋粘结强度相同,钢筋类型对拔出试件的粘结强度无影响。(3)开展了锈蚀前后的不锈钢钢筋混凝土梁进行抗弯性能试验。试验结果表明,不锈钢钢筋混凝土梁的抗弯承载能力、延性随主裂缝附近区域纵筋局部锈蚀率的增加而减小。不锈钢钢筋混凝土梁上锈胀裂缝的分布比普通钢筋混凝土梁更加不均匀,锈蚀对不锈钢钢筋混凝土梁的削弱比普通钢筋混凝土梁更为严重。


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