锈蚀钢筋混凝土梁受力性能研究

根据已有研究成果建立锈蚀钢筋及钢筋—混凝土界面的性能退化模型,采用有限元软件建立分离式钢筋混凝土梁模型,通过试验验证了数值分析结果的准确性。在此基础上,对锈蚀钢筋混凝土梁的受力性能进行了参数分析。结果表明:(1)钢筋锈蚀率对钢筋混凝土梁受力性能影响较大,随着锈蚀率的增加,构件的承载力降低、刚度退化及延性变差;(2)钢筋—混凝土界面粘结力对钢筋混凝土梁承载力影响较小,但会改变构件的破坏模式,随着锈蚀率增加,构件从延性破坏变为脆性破坏。本文研究成果可为锈蚀钢筋混凝土梁加固设计提供参考。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能数值模拟

采用DIANA有限元软件建立分离式钢筋混凝土梁模型,同时根据已有研究成果建立锈蚀钢筋及钢筋-混凝土界面的性能退化模型,通过试验验证了模型在锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能分析中的实用性.在此基础上,对锈蚀梁的梁拱作用转换和不均匀锈蚀梁的受力性能进行了数值模拟.结果表明:在钢筋端部锚固良好的情况下,剪弯段黏结破坏引起锈蚀梁的受力机制由梁作用向拱作用转换,且最终导致梁在使用荷栽下的抗弯刚度降低34%～44%;纵向不均匀锈蚀梁的抗弯性能评价可简化为全跨均匀锈蚀梁,且计算承载力时宜取不均匀分布锈蚀率的最大值,计算刚度时宜取其平均值.     

疲劳荷载下锈蚀钢筋混凝土梁弯曲性能试验研究

通过8根锈蚀钢筋混凝土梁弯曲疲劳试验,研究了疲劳荷载下锈蚀钢筋混凝土梁破坏形态、疲劳强度与疲劳寿命及其变形性能。试验结果表明,锈蚀钢筋混凝土梁均发生了以钢筋疲劳断裂为标志的正截面弯曲疲劳破坏。随着钢筋锈蚀率的增大,锈蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命显著降低。根据试验结果并收集国内外26组试验数据,回归出95%保证率的锈蚀钢筋混凝土梁S-N曲线。根据理论分析和试验结果,提出疲劳荷载下锈蚀钢筋混凝土梁跨中挠度计算方法。研究结果为锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能评估提供了理论依据。     

钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构固有频率和阻尼比影响的试验研究

针对钢筋锈蚀使钢筋混凝土结构的抗震性能和耐久性能退化,并且对结构动力特性产生影响的现象,采用电化学加速锈蚀方法,通过法拉第定律控制锈蚀程度,将钢筋的理论锈蚀率分为5%,10%,15%三个锈蚀阶段,在实验室中模拟了钢筋混凝土梁中钢筋的锈蚀过程。根据悬臂梁的自由振动衰减特性,采用自由衰减法采集了钢筋混凝土梁的固有频率和阻尼比,研究了钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁固有频率和阻尼比的影响。结果表明:钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁的固有频率和阻尼比有显著影响,钢筋混凝土梁的固有频率随着钢筋锈蚀程度的加深而呈减小趋势,阻尼比随着钢筋锈蚀程度的加深而呈增大趋势,因此阻尼比可以作为损伤指标用于混凝土结构腐蚀损伤检测。     

基于车辆荷载的锈损公路桥梁疲劳性能试验研究

采用湿盐砂锈蚀方法获得腐蚀环境钢筋混凝土劣化试件,选取与车辆荷载作用下公路桥梁实际承受的疲劳应力水平,通过8根锈蚀钢筋混凝土梁的弯曲疲劳试验,分析了锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳破坏形态及应力水平和钢筋锈蚀率对梁疲劳性能的影响规律。试验结果表明,锈蚀梁的疲劳破坏形态为主筋脆性断裂;在设计应力水平作用下,疲劳加载满足规范200万次要求;在桥梁实际应力水平作用下,未锈蚀试验梁的平均疲劳寿命较规范值减少6.71%;锈蚀较严重的试验梁疲劳寿命较规范值减少13.57%,较同应力水平的未锈蚀梁疲劳寿命减少42.54%,锈蚀对试验梁的疲劳寿命影响显著。随着疲劳循环次数的增加,锈蚀梁钢筋内部出现疲劳损伤、抗弯刚度逐渐退化,混凝土残余应变累积,裂缝演变基本符合快速增加、稳定发展、急剧变化的“三阶段”发展规律。根据试验结果,建立S-N疲劳寿命方程,提出了锈蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命计算方法,研究结果为桥梁结构疲劳性能评估提供理论依据。     

预制装配式大跨钢板-再生混凝土空心叠合板受弯性能研究

总结现有钢筋混凝土地铁车站楼板结构形式,确定此类结构设计要点;提出适用于大跨度组合结构车站的钢板-再生混凝土空心叠合板形式,并对其受弯性能进行有限元分析。研究结果表明,目前我国地铁车站一般为矩形截面并多采用现浇混凝土梁板结构,部分工程也验证了钢筋混凝土叠合板应用的可行性;采用ABAQUS建模技术可有效模拟钢筋混凝土空心叠合板的受弯性能,提出的钢板-再生混凝土空心叠合板构件具有较好的受弯性能。     

锈蚀钢筋混凝土梁剩余抗弯承载力评估

锈蚀钢筋混凝土梁出现锈胀裂缝后即进入裂缝修复期,在裂缝修复期间锈蚀梁仍然需要必要的安全储备。分析锈蚀钢筋混凝土梁受力机理的基础上,通过锈蚀钢筋应变滞后比,合理考虑锈蚀钢筋与混凝土的协同工作性能,提出了更合理的锈蚀钢筋混凝土梁的剩余抗弯承载力评估方法。     

小剪跨比锈蚀钢筋混凝土梁受剪性能试验研究

钢筋混凝土梁中箍筋发生锈蚀易导致结构性能退化以至失效破坏,为此针对HRB400钢筋作为箍筋发生锈蚀后的钢筋混凝土梁在剪跨比为1.5以下的受剪性能的退化展开研究。制作8根钢筋混凝土梁,按照剪跨比为1.5和1分成两组进行试验,比较未锈蚀和锈蚀后的钢筋性能以及试验梁的受剪承载力。研究结果表明：定义箍筋竖直段的锈蚀率为有效锈蚀率进行分析,能够有效反映箍筋的锈蚀程度和截面损失情况;箍筋有效锈蚀率小于20%时钢筋混凝土梁受剪承载力下降并不明显,当箍筋有效锈蚀率大于30%时受剪承载力下降明显,且剪跨比越大钢筋混凝土梁受剪承载力下降幅度越大;剪跨比小于1.5时,锈蚀箍筋性能退化对钢筋混凝土梁受剪承载力下降影响较小,受剪承载力下降主要是因为箍筋锈蚀引发锈胀裂缝导致核心混凝土整体性下降所致。     

考虑钢筋混凝土梁板结构相互作用时楼板合理设计方法的研究

钢筋混凝土梁板体系中梁与楼板作为直接承担竖向荷载的构件 ,彼此之间相互作用 ,共同工作。采用有限元分析程序SAP2 0 0 0 ,对钢筋混凝土梁板体系进行大量计算 ,分析梁与楼板相互作用的内在规律及影响梁与楼板相互作用的各种因素 ,在此基础上对钢筋混凝土梁板体系中楼板的结构设计提出合理建议     

碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

通过10根碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁和2根锈蚀钢筋混凝土梁的弯曲疲劳试验,研究了钢筋锈蚀率、碳纤维布加固量、荷载比、加固前损伤等因素对碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁弯曲疲劳性能的影响。试验结果表明,碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁的典型疲劳破坏过程仍具有三阶段发展规律,但其第二阶段在整个发展过程中所占的比例有所下降。钢筋的疲劳性能是控制加固梁疲劳破坏的主要因素,随着钢筋锈蚀率的增加,梁的疲劳寿命急剧缩短,其破坏形式为受拉钢筋脆性断裂,外贴碳纤维布加固则能明显改善锈蚀钢筋混凝土梁的弯曲疲劳性能、提高梁的疲劳寿命,避免锈蚀钢筋疲劳断裂后梁突然失去承载力。基于此,提出了采用粘贴碳纤维布提高锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能的设计步骤。荷载水平提高以及加固前的损伤均会降低混凝土梁的疲劳寿命,因此在钢筋混凝土结构使用过程中应尽量避免超载现象,并应及时对损伤结构进行修复、加固。     

钢筋混凝土梁腐蚀后疲劳性能的试验研究

对先人工腐蚀和预裂后再人工腐蚀的钢筋混凝土梁试件进行了静力荷载和高周疲劳荷载试验研究,比较了腐蚀对钢筋混凝土梁静力性能和疲劳性能的影响。研究表明,当钢筋腐蚀率较低(小于5%)时,钢筋混凝土梁的静承载力没有明显的变化,但在高周反复荷载作用下,梁疲劳承载力大为降低,特别是试验前预腐蚀的梁,疲劳寿命仅为未腐蚀梁的26%。疲劳承载力降低的原因是局部腐蚀(即使程度很小)导致梁中钢筋出现微缺陷,或使已有的微缺陷扩大,加速了钢筋微裂纹的扩展。所以,对于腐蚀环境中承受反复荷载作用的钢筋混凝土结构,设计中应特别注意腐蚀对结构疲劳性能的影响。     

锈蚀钢筋混凝土简支梁斜截面抗剪性能研究

锈蚀钢筋混凝土构件抗剪性能是迫切需要研究的问题,本文通过18根锈蚀钢筋混凝土简支梁和3根无锈蚀的普通钢筋混凝土对比梁的斜截面抗剪试验研究及理论分析,研究了不同剪跨比下箍筋锈蚀程度对钢筋混凝土简支梁斜截面变形、裂缝形成和开展、承载能力、破坏机理等方面的影响。试验结果表明:箍筋锈蚀使箍筋对混凝土的约束降低,斜面裂缝发展较快,从而削弱了斜裂缝两侧骨料之间的咬合作用;剪压区箍筋锈蚀所产生的锈胀裂缝对试验构件抗剪强度的影响很大;剪跨比决定了试验构件的破坏形态,箍筋锈蚀对破坏形态影响较小;箍筋锈蚀对试验构件斜截面承载能力有较大影响。本文在试验研究基础上,运用根据极限平衡理论,建立了锈蚀钢筋混凝土简支梁斜截面承载力计算模型。     

钢筋混凝土结构耐久性能极限状态的判断

控制钢筋混凝土结构耐久性能极限状态是规避工程安全适用风险的有效手段,控制钢筋混凝土结构耐久性能极限状态的关键在确定钢筋混凝土结构耐久性能极限值.通过分析钢筋锈蚀率和钢筋混凝土结构耐久性能极限状态的关系,说明由钢筋锈蚀率确定钢筋混凝土结构耐久性能极限值的可行性.     

碳纤维加固钢筋混凝土梁的抗剪及耐久性研究

为了对碳纤维加固钢筋混凝土梁的抗剪及耐久性性能进行研究,通过加固的试验梁和未加固的对照梁在氯离子侵蚀下的耐久性试验,对比分析了在荷载作用下钢筋混凝土梁在使用阶段的裂缝开展、挠度、电化学指标和应变。表明碳纤维能起到很好的屏障作用,并能有效限制裂缝的开展,且加载后均未出现剪切破坏,碳纤维可明显提高钢筋混凝土梁的抗剪承载力和耐久性,但不同的加固方式对其耐久性影响较大。     

预应力与非预应力AFRP加固腐蚀钢筋混凝土梁疲劳性能研究

对非预应力芳纶布(AFRP)加固和带永久锚具的预应力AFRP加固锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能进行研究。通过疲劳试验,探讨预应力水平和钢筋锈蚀程度对加固梁疲劳破坏机制、疲劳寿命、挠度等的影响。试验结果表明:预应力AFRP与非预应力加固梁的疲劳破坏机制相同,都为纵筋的疲劳断裂;预应力AFRP加固锈蚀混凝土梁的抗疲劳特性明显优于非预应力加固梁;预应力水平越高,中度腐蚀梁加固后疲劳寿命越高;锈蚀率越高,梁的疲劳寿命越低,重度锈蚀梁疲劳寿命的降低幅度比中度锈蚀梁更明显。通过与光面钢筋对比,获得锈蚀纵筋的等效疲劳切口系数K f。结果表明,钢筋锈蚀率的增加会导致K f增大,从而导致锈蚀梁疲劳寿命明显降低。基于试验结果,建立了预应力AFRP加固中度腐蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命的计算公式,供桥梁加固设计参考。     

锈损不锈钢钢筋混凝土梁受弯性能退化试验研究

为了得到海洋环境下不锈钢钢筋混凝土梁的服役性能演变规律,给结构性能评价和使用寿命评估提供可靠数据,采用加速锈蚀试验方法获取了不同锈蚀状态的不锈钢钢筋混凝土梁,开展了受弯性能试验研究,测试了纵筋的质量锈蚀率、主裂缝区域的纵筋锈蚀率和锈胀裂缝宽度,探讨了锈蚀对受弯梁破坏模式、裂缝开展和承载力的影响规律,并对不锈钢钢筋与普通钢筋混凝土梁的锈蚀特征与承载力的差异性及其主要原因加以分析。结果表明：相比普通碳素钢,不锈钢钢筋锈后形态更倾向于坑蚀,因而在相同的质量锈蚀率下,不锈钢钢筋混凝土梁承载力退化更为严重;不锈钢中铁元素含量较低,在相同的锈蚀时间下不锈钢锈蚀产物膨胀率较小,使得不锈钢钢筋混凝土构件的锈胀裂缝发展较为缓慢;由于锈胀裂缝的存在,受拉混凝土极易大块剥落,裂缝发展迅速;影响不锈钢钢筋混凝土梁受弯承载力的最主要因素是主裂缝附近区域内的不锈钢钢筋局部锈蚀率。不考虑不锈钢钢筋的非线性强化,基于锈蚀钢筋名义强度和平截面假定得到了不锈钢钢筋混凝土梁受弯承载能力计算模型,采用该模型得到的计算值与试验结果吻合较好,模型可以很好地反映锈损梁的受弯性能退化规律。     

锈蚀钢筋再生混凝土梁粘结性能及承载力研究

为了研究再生混凝土梁与锈蚀钢筋的粘结性能及抗弯承载力,对12根不同直径钢筋、不同钢筋锈蚀率的再生混凝土梁进行静荷载试验。结果表明：当钢筋锈蚀率小于9.31%时,再生混凝土梁材料破坏而发生弯曲破坏模式,当钢筋锈蚀率大于9.31%时,梁发生粘结-剪切破坏模式|随着钢筋锈蚀率的增加,试验梁的屈服荷载和极限荷载逐渐降低|随着荷载的增加,钢筋与再生混凝土之间的相对滑移由近似抛物线的分布形式发展成波浪线的分布形式|正常使用荷载作用下试验梁跨中截面再生混凝土仍符合平截面的假定|钢筋锈蚀率在0～9.31%时,通过定义锈蚀钢筋与再生混凝土之间的界面协同工作系数,提出了锈蚀钢筋再生混凝土梁抗弯承载力的计算方法,计算值与试验结果进行对比分析,吻合较好。     

锈蚀与冻融耦合作用下再生混凝土与钢筋黏结性能梁式试验研究

为了研究锈蚀与冻融循环耦合作用下再生混凝土与钢筋的黏结滑移性能,以钢筋锈蚀率及冻融循环次数为变量,对耦合作用下的钢筋再生混凝土梁试件进行试验,分析其黏结滑移特征值变化规律,并与普通混凝土梁试件进行比较。根据试验结果建立钢筋再生混凝土黏结 滑移本构关系。结果表明：各组试件均发生纵筋拔出破坏;在钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下,冻融循环较钢筋锈蚀对黏结性能的影响更大;平均黏结应力-滑移曲线可大致分为线性上升段、非线性上升段、非线性下降段及残余段;再生混凝土试件的各黏结滑移特征值的波动幅度相对于普通混凝土的较大;在钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下,再生混凝土与钢筋间的化学胶着力要优于普通混凝土;普通混凝土的起始黏结应力与极限黏结应力的比值介于0.38~0.49之间,低于再生混凝土试件,再生混凝土抗滑移性能优于普通混凝土的。建立了考虑钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下的钢筋与再生混凝土黏结滑移本构关系,可为北方地区锈蚀率小于3%的再生混凝土梁黏结性能研究提供参考。