銹蝕鋼筋再生混凝土粘結(jié)滑移及梁抗彎性能研究.pdf

1、再生混凝土因具有節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為當(dāng)下可持續(xù)發(fā)展的新型綠色環(huán)保材料。應(yīng)用于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)之前需對(duì)其結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行大量試驗(yàn)研究。故本文以試驗(yàn)為主，結(jié)合理論分析方法，針對(duì)粗骨料取代率為100％的銹蝕鋼筋再生混凝土的粘結(jié)滑移性能、銹蝕鋼筋再生混凝土梁的抗彎承載性能與抗彎剛度進(jìn)行研究，主要完成以下工作：
　　采用鋼筋開槽內(nèi)貼應(yīng)變片和通電加速銹蝕的試驗(yàn)方法，考慮鋼筋銹蝕率、鋼筋外形、鋼筋直徑、混凝土強(qiáng)度等級(jí)與是否配置箍筋等五種因

2、素，制作48塊鋼筋再生混凝土中心拔出試件，研究銹蝕鋼筋與再生混凝土間的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系。加速銹蝕試驗(yàn)表明：未配箍試件的鋼筋銹蝕率達(dá)到1%時(shí)，銹蝕物膨脹產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力達(dá)到再生混凝土抗拉強(qiáng)度，產(chǎn)生銹脹裂縫；配箍試件中箍筋對(duì)銹脹力的約束作用，隨鋼筋直徑的增加有所減弱。中心拔出試驗(yàn)有三種典型破壞形態(tài)：（1）劈裂破壞。（2）鋼筋屈服破壞。（3）拔出破壞。不配箍筋試件的極限粘結(jié)應(yīng)力在銹蝕率較小范圍內(nèi)增加，超過臨界值后逐漸變小，并趨于平緩；配箍試件在

3、較小銹蝕率下變化很小，超過一定值后開始下降，但不會(huì)低于同條件下未配箍的極限粘結(jié)應(yīng)力。配有不同直徑鋼筋的試件，極限粘結(jié)應(yīng)力在一定銹蝕率范圍內(nèi)差別不明顯。不配箍筋試件鋼筋的應(yīng)變曲線，在銹蝕率小于1.05%時(shí)，呈現(xiàn)上凸?fàn)顟B(tài)，大于1.05%時(shí)呈現(xiàn)下凹狀態(tài)；配箍筋試件鋼筋的應(yīng)變曲線比不配箍筋試件的平緩，且分布均勻。微量銹蝕增強(qiáng)不配箍筋試件與混凝土的粘結(jié)作用。隨銹蝕程度增大，鋼筋與再生混凝土間的摩擦力減弱，銹脹裂縫削弱再生混凝土對(duì)鋼筋的握裹作用，導(dǎo)

4、致粘結(jié)應(yīng)力主要集中在加載端附近；相同銹蝕率情況下，配箍筋試件粘結(jié)應(yīng)力比不配箍筋試件分布均勻。采用代入滑移值方法，計(jì)算不同錨固位置的粘結(jié)應(yīng)力，結(jié)合平均粘結(jié)應(yīng)力計(jì)算公式，建立了考慮位置函數(shù)的銹蝕鋼筋與再生混凝土的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系。
　　對(duì)15根內(nèi)貼應(yīng)變片的全梁式試件進(jìn)行粘結(jié)滑移性能試驗(yàn)，研究銹蝕率與鋼筋直徑對(duì)鋼筋與再生混凝土粘結(jié)滑移性能的影響。通過試驗(yàn)獲得不同荷載作用下錨固段內(nèi)鋼筋應(yīng)變、自由端和加載端滑移值、梁式試件破壞形態(tài)及極限承載

5、力。建立平均粘結(jié)應(yīng)力-滑移關(guān)系、鋼筋應(yīng)變和局部粘結(jié)應(yīng)力隨錨固位置分布。研究鋼筋直徑和銹蝕率對(duì)鋼筋再生混凝土梁式試件粘結(jié)性能的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果得出：隨鋼筋直徑的增加，鋼筋與再生混凝土粘結(jié)性能有所提高。銹蝕率對(duì)粘結(jié)性能影響主要分為兩類：銹蝕率小于1%鋼筋與再生混凝土的粘結(jié)性能隨銹蝕程度增加而增強(qiáng)，銹蝕率大于3%后隨銹蝕率增加粘結(jié)性能發(fā)生退化。依據(jù)本文試驗(yàn)結(jié)果建立極限粘結(jié)應(yīng)力計(jì)算模型，同時(shí)引入平均粘結(jié)應(yīng)力-平均滑移關(guān)系函數(shù)和位置函數(shù)，建立銹

6、蝕鋼筋與再生混凝土粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系。
　　根據(jù)對(duì)12根銹蝕鋼筋再生混凝土梁進(jìn)行正截面抗彎承載力試驗(yàn)，分析鋼筋銹蝕率對(duì)構(gòu)件荷載-跨中撓度曲線、再生混凝土梁跨中應(yīng)變分布等的影響。提出鋼筋銹蝕后再生混凝土梁在集中荷載作用下正截面抗彎承載力的計(jì)算公式，鋼筋銹蝕后再生混凝土梁抗彎剛度的計(jì)算方法。當(dāng)鋼筋的銹蝕率<10%時(shí)，再生混凝土梁發(fā)生適筋梁破壞，隨著鋼筋銹蝕率的增加，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力降低，試驗(yàn)梁的極限荷載也隨之降低。通過引入銹蝕鋼

7、筋與再生混凝土之間的協(xié)同工作系數(shù)，并利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析擬合得到協(xié)同工作系數(shù)表達(dá)式，提出了銹蝕鋼筋再生混凝土梁的抗彎承載力的計(jì)算方法；當(dāng)鋼筋的銹蝕率>10%時(shí)，鋼筋與再生混凝土之間不能建立起有效的粘結(jié)，在加載過程中鋼筋與再生混凝土發(fā)生相對(duì)滑移，再生混凝土梁發(fā)生粘結(jié)破壞，提出拉桿拱模型計(jì)算其抗彎承載力，計(jì)算結(jié)果表明與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。引入鋼筋應(yīng)變不協(xié)調(diào)系數(shù)和鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)，利用剛度解析法，結(jié)合混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，建立銹蝕鋼筋再生混凝土梁抗

8、彎剛度的計(jì)算方法。得到銹蝕率小于10%的再生混凝土梁在正常使用荷載作用下的抗彎剛度計(jì)算公式，剛度公式計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。
　　利用已有再生混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和已建立的局部粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系，對(duì)中心拔出試驗(yàn)進(jìn)行有限元模擬。有限元模擬結(jié)果表明：銹蝕鋼筋應(yīng)力分布、再生混凝土應(yīng)力、荷載-滑移曲線與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。用上述方法對(duì)不同銹蝕率與配筋率的銹蝕鋼筋再生混凝土梁進(jìn)行了有限元分析，結(jié)果表明：銹蝕鋼筋再生混凝土梁的破壞形態(tài)、裂縫形