銹蝕鋼筋再生混凝土粘結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、保護環(huán)境等優(yōu)點，已經成為當下可持續(xù)發(fā)展的新型綠色環(huán)保材料。應用于實際工程結構之前需對其結構性能進行大量試驗研究。故本文以試驗為主，結合理論分析方法，針對粗骨料取代率為100％的銹蝕鋼筋再生混凝土的粘結滑移性能、銹蝕鋼筋再生混凝土梁的抗彎承載性能與抗彎剛度進行研究，主要完成以下工作：
　　采用鋼筋開槽內貼應變片和通電加速銹蝕的試驗方法，考慮鋼筋銹蝕率、鋼筋外形、鋼筋直徑、混凝土強度等級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滑移本構關系。加速銹蝕試驗表明：未配箍試件的鋼筋銹蝕率達到1%時，銹蝕物膨脹產生的環(huán)向應力達到再生混凝土抗拉強度，產生銹脹裂縫；配箍試件中箍筋對銹脹力的約束作用，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應力在銹蝕率較小范圍內增加，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，但不會低于同條件下未配箍的極限粘結應力。配有不同直徑鋼筋的試件，極限粘結應力在一定銹蝕率范圍內差別不明顯。不配箍筋試件鋼筋的應變曲線，在銹蝕率小于1.05%時，呈現(xiàn)上凸狀態(tài)，大于1.05%時呈現(xiàn)下凹狀態(tài)；配箍筋試件鋼筋的應變曲線比不配箍筋試件的平緩，且分布均勻。微量銹蝕增強不配箍筋試件與混凝土的粘結作用。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鋼筋的握裹作用，導

4、致粘結應力主要集中在加載端附近；相同銹蝕率情況下，配箍筋試件粘結應力比不配箍筋試件分布均勻。采用代入滑移值方法，計算不同錨固位置的粘結應力，結合平均粘結應力計算公式，建立了考慮位置函數(shù)的銹蝕鋼筋與再生混凝土的粘結滑移本構關系。
　　對15根內貼應變片的全梁式試件進行粘結滑移性能試驗，研究銹蝕率與鋼筋直徑對鋼筋與再生混凝土粘結滑移性能的影響。通過試驗獲得不同荷載作用下錨固段內鋼筋應變、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。建立平均粘結應力-滑移關系、鋼筋應變和局部粘結應力隨錨固位置分布。研究鋼筋直徑和銹蝕率對鋼筋再生混凝土梁式試件粘結性能的影響規(guī)律。試驗結果得出：隨鋼筋直徑的增加，鋼筋與再生混凝土粘結性能有所提高。銹蝕率對粘結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性能隨銹蝕程度增加而增強，銹蝕率大于3%后隨銹蝕率增加粘結性能發(fā)生退化。依據(jù)本文試驗結果建立極限粘結應力計算模型，同時引入平均粘結應力-平均滑移關系函數(shù)和位置函數(shù)，建立銹

6、蝕鋼筋與再生混凝土粘結滑移本構關系。
　　根據(jù)對12根銹蝕鋼筋再生混凝土梁進行正截面抗彎承載力試驗，分析鋼筋銹蝕率對構件荷載-跨中撓度曲線、再生混凝土梁跨中應變分布等的影響。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算公式，鋼筋銹蝕后再生混凝土梁抗彎剛度的計算方法。當鋼筋的銹蝕率<10%時，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力降低，試驗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)，并利用試驗數(shù)據(jù)分析擬合得到協(xié)同工作系數(shù)表達式，提出了銹蝕鋼筋再生混凝土梁的抗彎承載力的計算方法；當鋼筋的銹蝕率>10%時，鋼筋與再生混凝土之間不能建立起有效的粘結，在加載過程中鋼筋與再生混凝土發(fā)生相對滑移，再生混凝土梁發(fā)生粘結破壞，提出拉桿拱模型計算其抗彎承載力，計算結果表明與試驗結果吻合較好。引入鋼筋應變不協(xié)調系數(shù)和鋼筋應變不均勻系數(shù)，利用剛度解析法，結合混凝土結構設計規(guī)范，建立銹蝕鋼筋再生混凝土梁抗

8、彎剛度的計算方法。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算公式，剛度公式計算結果與試驗結果吻合較好。
　　利用已有再生混凝土應力-應變關系和已建立的局部粘結滑移本構關系，對中心拔出試驗進行有限元模擬。有限元模擬結果表明：銹蝕鋼筋應力分布、再生混凝土應力、荷載-滑移曲線與試驗結果吻合較好。用上述方法對不同銹蝕率與配筋率的銹蝕鋼筋再生混凝土梁進行了有限元分析，結果表明：銹蝕鋼筋再生混凝土梁的破壞形態(tài)、裂縫形