锈蚀钢筋混凝土构件粘结性能及承载性能研究

【摘要】：混凝土结构耐久性是工程领域广为关注的问题之一，在正常使用期间，由于各种原因会引起钢筋锈蚀，钢筋锈蚀不仅造成钢筋有效截面面积削弱和钢筋性能改变，而且还导致钢筋与混凝土的粘结性能发生退化，从而严重影响结构构件的承载性能。研究锈蚀钢筋与混凝土的粘结性能，建立锈蚀钢筋混凝土受弯构件承载力计算方法，对准确评估既有结构的耐久性能具有重要的理论意义和实际意义。 论文采用试验研究和理论分析相结合的方法，深入研究了锈蚀钢筋与混凝土的粘结性能，在此基础上，建立了考虑不同位置（边中、角部）保护层锈胀开裂形态差异的锈蚀钢筋混凝土受弯构件承载力计算方法。主要工作内容如下： 采用梁式粘结试验方法和钢筋内贴应变片试验手段，进行了36根锈蚀钢筋混凝土梁式粘结试验，分析了钢筋锈蚀率、混凝土强度、钢筋直径、保护层厚度等因素对粘结性能的影响，建立了锈蚀钢筋与混凝土的粘结滑移本构关系和极限粘结应力的计算模型。结果表明：钢筋锈蚀率越大、混凝土强度越小时，自由端开始滑移所需施加的荷载越小，同一荷载下加载端和自由端滑移、跨中挠度、自由端钢筋应变越大，加载端钢筋应变越小，粘结应力沿锚固位置传递越快、分布越平缓。 进行了4根锈蚀钢筋混凝土受弯构件的承载力试验，分析了钢筋锈蚀程度对构件荷载-跨中挠度关系、跨中混凝土应变分布及荷载-自由端滑移关系等的影响，研究了角部钢筋和边中钢筋应变分布的差异，对比了纯弯段和弯剪段混凝土应变、不同钢筋锈蚀率梁极限荷载的差异。结果表明：随钢筋锈蚀率增大，受弯构件的极限荷载和刚度降低；边中钢筋应变值较角部钢筋大5%左右，且角部钢筋应变较边中钢筋降低幅度大；纯弯段混凝土应变较弯剪段增长速度快，跨中混凝土应变沿梁高满足平截面假定。 采用有限元软件分别建立了锈蚀钢筋混凝土梁式粘结构件和受弯构件分析模型，研究了锈蚀钢筋混凝土受弯构件的承载力、荷载-跨中挠度关系和不同位置（角部、边中）钢筋应变的分布规律，分析了钢筋与混凝土应变不协调系数随锈蚀率的变化规律。 结合锈蚀钢筋混凝土承载力试验和数值分析，建立了考虑不同位置（边中、角部）保护层锈胀开裂形态差异的锈蚀钢筋混凝土受弯构件承载力计算方法，分析了锈蚀钢筋混凝土受弯构件承载力随钢筋锈蚀率的变化规律。