再生混凝土与锈蚀钢筋间的粘结性能试验研究

为了探究再生混凝土结构的耐久性能,对5组不同钢筋锈蚀率(0~9%)的再生混凝土梁式试件进行加载试验。分析不同钢筋锈蚀率对再生混凝土梁式试件的钢筋应变、局部粘结应力、粘结滑移和极限粘结应力的影响。结果表明:钢筋锈蚀率大于3%时试件底部开始有细微锈胀裂缝出现;锈蚀率越大,荷载作用下钢筋应变沿锚固位置的变化曲线越平缓;局部粘结应力沿锚固段呈现出双峰分布,峰值主要集中在加载端和自由端附近;加载端附近位置滑移现象最先发生,远离加载端滑移现象延后;随着钢筋锈蚀率的增大,极限粘结强度先增加后降低,极限荷载下的滑移值增大。     

钢筋锈蚀及混凝土劣化耦合对梁构件力学性能的影响

设计人工模拟环境,研究酸雾、氯盐及硫酸盐混合盐雾侵蚀以及碳化耦合作用下钢筋混凝土梁破坏模式、锈胀裂缝宽度、受弯承载力、荷载-挠度曲线,重点研究钢筋锈蚀与混凝土劣化耦合作用的影响.结果表明:钢筋锈蚀率低于3.27%时,试验梁基本没有锈胀开裂,受弯破坏模式主要为受压区混凝土压碎,极限承载力随锈胀裂缝宽度增加快速减小;锈胀裂缝产生后,破坏形式逐渐转变为受拉钢筋屈服破坏,且承载力随钢筋锈蚀率大幅增加而缓慢减小.荷载-挠度曲线的峰值和斜率随劣化程度增加而减小.钢筋锈蚀导致混凝土开裂,混凝土劣化降低对钢筋的约束,两者耦合加速黏结性能退化,从而导致梁构件力学性能退化.理论分析了试验现象产生的原因,并对试验结果和理论计算结果进行了验证.     

全长粘结式灌浆锚杆锈胀机制研究

针对埋设在地下特殊环境条件下全长粘结式灌浆锚杆存在因锈胀致裂,导致结构失效的实际情况,以弹性理论为基础,根据锚杆、灌浆材料以及围岩体三者之间变形协调关系、荷载平衡条件,研究了锚杆锈胀导致灌浆或岩体开裂,进而加速锚杆锈蚀破坏的机制问题,讨论了锚杆锈胀量、灌浆材料特性、保护层厚度以及围岩体力学性质对锚杆锈胀力的影响。结果表明:锚杆锈胀力随着钢筋锈蚀率的增加而增加,随钢筋保护层厚度的增加而减少;砂浆与围岩体之间的锈胀力随砂浆强度、围岩强度的增加而增加,钢筋与砂浆之间的锈胀力随围岩强度的增加而增加,随砂浆强度的增加而降低。     

锈蚀钢筋与混凝土粘结性能研究现状

钢筋锈蚀后粘结性能会发生退化,对钢筋混凝土结构性能有不利的影响。介绍了锈蚀钢筋与混凝土之间粘结性能的机理以及目前粘结性能的主要研究方法,阐述了锈蚀后影响钢筋和混凝土粘结强度的因素,评价了国内外关于锈蚀后钢筋与混凝土的粘结滑移本构模型及锈蚀后钢筋混凝土粘结强度的计算模型。     

锈蚀钢筋与混凝土间黏结性能试验

为研究锈蚀对钢筋与混凝土间黏结性能的影响,制作20个中心拉拔试件.通过电化学加速锈蚀得到理论锈蚀率为0%、0.5%、1%、2%、5%的拉拔试件,完成了不同锈蚀率下钢筋与混凝土的拉拔试验.从钢筋几何外形特征与混凝土强度在锈蚀过程中变化的角度分析了锈蚀率对极限黏结强度的影响,以割线刚度的方法定量研究了锈蚀率对黏结刚度的影响.阐述了锈胀裂纹、黏结刚度及试件破坏模式随锈蚀率变化的规律.试验结果表明:随着锈蚀率增大,钢筋与混凝土间的黏结强度、黏结刚度呈现先增大后减小趋势.黏结刚度的退化与锈胀裂纹的出现具有一定相关性.通过整理国内外学者黏结强度退化数据,得到了两段式黏结强度退化试验模型及一定程度上可供工程参考的黏结强度退化保守模型.最后,基于两段式黏结-滑移模型得到了不同锈蚀率下钢筋与混凝土间黏结-滑移本构模型.     

砂浆内钢筋锈胀应力监测与数值模拟研究

钢筋锈蚀是导致海洋混凝土结构失效破坏的最主要原因，探明钢筋锈胀应力发展及其诱导混凝土开裂的过程对于钢筋混凝土服役寿命预测有重要意义。采用内掺盐与恒电位加速砂浆内钢筋锈蚀，通过砂浆外不锈钢圆环环贴应变片实现钢筋锈蚀过程的应变监测，并计算锈胀应力，利用COMSOL软件分析混凝土中钢筋锈胀应力发展及混凝土锈胀开裂历程。结果表明：利用有限元与钢筋锈胀时变径向位移加载，实现钢筋混凝土锈胀开裂过程的模拟，模拟结果与试验结果基本一致；不考虑砂浆、钢筋的非均匀性及锈蚀产物对开裂砂浆的充填效应，模拟结果不能真实反映锈胀应力的波动性及锈胀应力释放与缓慢增加的过程；提高砂浆强度、减小钢筋直径可以有效延缓钢筋锈胀导致混凝土开裂的时间。     

冻融环境下钢筋与粉煤灰混凝土的粘结性能

通过对内贴应变片钢筋的直接拔出试验,分析冻融作用下粉煤灰掺量对钢筋与粉煤灰混凝土间粘结性能的影响,得出冻融循环作用对钢筋与粉煤灰混凝土之间粘结性能的影响规律。试验结果表明：钢筋与粉煤灰混凝土的粘结强度随粉煤灰掺量的增加而降低;当粉煤灰掺量一定时,随着冻融循环次数的增加,混凝土强度有所下降,钢筋与粉煤灰混凝土间极限粘结强度降低;当粉煤灰掺量较大,达到40%时,随冻融次数的增加,钢筋粉煤灰混凝土试件极限粘结强度的下降幅度明显减缓,极限粘结强度对应的滑移量增大。表明掺入较多粉煤灰可使试件的冻融损伤现象得到缓解,冻融环境下钢筋混凝土的粘结性能得到提高。     

锈蚀钢筋混凝土压弯构件性能退化试验研究

采用人工气候环境加速锈蚀方法,研究了不同偏心距的锈蚀钢筋混凝土压弯构件破坏形态、延性、承载力及其结构性能退化机理,并针对不同锈蚀程度的大、小偏压构件的荷载-挠度关系、荷载-纵向压缩变形及偏压构件的承载能力进行了相应分析.结果表明:钢筋锈蚀会引起钢筋力学性能下降、混凝土保护层锈胀开裂、黏结锚固性能退化及箍筋的锈蚀程度比纵筋严重等,从而导致压弯构件的破坏形态发生变化;受拉钢筋达到屈服后,受压区混凝土很快达到极限压应变,锈蚀构件的延性性能明显降低,脆性性能则明显增加.在试验结果分析基础上,建立了与纵向锈胀裂缝宽度相关的锈蚀压弯构件侧向挠度、开裂荷载及极限荷载的预计模型,为老化混凝土结构检测加固设计时提供应用参考.     

不同钢筋位置下锈蚀钢筋混凝土梁粘结性能分析

为了研究锈蚀钢筋所处的不同位置对钢筋混凝土梁粘结性能的影响，本文对12个不同锈蚀纵筋位置的梁式试件进行了4点弯曲加载。试验结果表明：纵筋位于混凝土梁底角部试件与其位于梁底中部的试件相比，在理论锈蚀率为0%、1%、2%、4%、8%时粘结强度分别降低17%、20%、46%、26%、18%。基于试验结果，建立了考虑钢筋位置的锈蚀钢筋-混凝土界面平均粘结应力-滑移本构方程。基于ANSYS软件，利用粘结-滑移本构关系进行数值模拟。结果表明，考虑钢筋位置的粘结-滑移本构模型能够有效计算平均极限粘结应力，数值模拟值与试验值吻合较好。此外，本文提出考虑钢筋位置的钢筋混凝土梁随锈蚀率变化的极限粘结强度劣化模型。     

钢筋锈蚀对再生混凝土梁柱节点抗震性能的影响

为研究钢筋锈蚀后再生混凝土框架节点的破坏特征和抗震性能,对钢筋未锈蚀、锈蚀而保护层未开裂、平均锈胀裂缝宽度为0.2mm及平均锈胀裂缝宽度为0.4mm四种情况下的再生混凝土及普通混凝土框架边节点,进行了低周反复荷载对比试验;观察节点的受力过程及破坏形态,分析试件的荷载—位移滞回曲线、承载能力、强度和刚度退化、延性以及耗能能力等力学特性.结果表明:相同锈蚀程度下,再生混凝土节点的强度比普通混凝土节点小,再生混凝土节点的刚度退化比普通混凝土节点严重,再生混凝土节点表现出更好的延性,再生混凝土耗能较普通混凝土耗能弱;随着钢筋锈蚀程度的增加,再生混凝土与普通混凝土节点的强度降低,刚度减小,延性减小,耗能能力降低.     

试件尺寸对锈蚀钢筋与混凝土间黏结性能的影响

为研究试件尺寸(立方体试件边长为10D,钢筋直径D=14、20、25 mm)对锈蚀钢筋与混凝土间黏结性能的影响,通过电化学加速锈蚀方法,获得了7组不同钢筋锈蚀率(0%、0.5%、1.0%、2.0%、5.0%、8.0%、10.0%)的中心拉拔试件.分析了试件尺寸、锈蚀率等影响因子作用下钢筋与混凝土间黏结性能的变化规律.结果表明:随着锈蚀率的增加,试件尺寸越大其锈胀裂纹出现越早且最大锈胀裂纹越宽;各试件的黏结强度、黏结刚度均随混凝土的恶化及锈蚀率的增加呈现出先增长后逐渐削减的趋势,黏结能量则随锈蚀率的增加而逐渐下降,且较大尺寸试件(D=25 mm)的黏结性能受锈蚀率的影响更为显著;锈胀裂纹出现前,试件自由端峰值滑移、黏结能量下降较为缓慢;当锈胀裂纹出现后,其自由端峰值滑移、黏结能量急剧下降,而后随着锈胀裂纹的加宽,其下降速率趋于平缓.基于试验结果,建立了不同锈蚀率下残余黏结应力与试件尺寸的关系式.     

基于非均匀锈蚀的带肋钢筋黏结性能

根据钢筋的非均匀锈蚀特征,研究锈蚀带肋钢筋与混凝土间的黏结性能.基于未锈蚀带肋钢筋黏结强度的微观受力模型与均匀锈蚀带肋钢筋黏结性能模型,考虑钢筋的实际锈蚀为非均匀锈蚀,利用弹性力学方法建立带肋钢筋黏结强度的预测模型,推导出锈蚀带肋钢筋与混凝土间的极限黏结强度.分析无横向约束的锈蚀钢筋极限黏结强度,对混凝土开裂时刻钢筋的临界锈蚀深度进行预测.试验结果与理论预测结果吻合良好,采用该模型可以较准确地反映钢筋实际锈蚀后黏结强度的变化情况.     

腐蚀钢绞线与水泥浆粘结性能的退化规律

为了探讨腐蚀后钢绞线与水泥浆的粘结问题,以氯盐侵蚀环境为背景,研究了腐蚀钢绞线与水泥浆的粘结性能退化.通过试验观察到了腐蚀钢绞线与水泥净浆的腐蚀特征.通过分析试验数据得到了不同裂缝宽度的粘结滑移曲线和试件的粘结性能参数,显示试件的极限粘结强度与其腐蚀程度并没有明显的退化关系,腐蚀钢绞线与水泥浆试件的极限粘结滑移量和残余粘结滑移量随着腐蚀程度的增加均呈现下降趋势,但二者并不具有明显的线性关系.     

锈蚀钢筋与高强再生混凝土的黏结性能试验

为研究锈蚀钢筋与高强再生混凝土之间的黏结滑移性能,采用通电加速锈蚀法获得36个中心拉拔钢筋被锈蚀的试件并进行中心拉拔试验.试件设计参数有5个:再生粗骨料取代率、钢筋外形、钢筋直径、锚固长度和钢筋锈蚀率.依据试验结果,对试件的黏结破坏形态和每个设计参数对锈蚀钢筋与高强再生混凝土间黏结性能的影响进行分析.结果表明:锈蚀钢筋与高强再生混凝土间的黏结破坏形式有3种,即钢筋拔断、钢筋拔出和混凝土劈裂;高强再生混凝土与锈蚀后螺纹钢筋间的黏结强度要明显高于锈蚀后光圆钢筋;锈蚀钢筋与高强再生混凝土间的黏结强度,随着再生粗骨料取代率的增加整体呈减小趋势,随着钢筋直径的增大而减小,随着锚固长度的增大而减小,随着钢筋锈蚀率的增大而减小,但当钢筋锈蚀率达到某一界限后这种减小便不明显.     

锈蚀RC框架柱性能劣化的模拟与评估

为研究钢筋的不均匀锈蚀对RC框架柱性能的影响。推导了钢筋锈蚀过程中混凝土裂缝扩展规律以及锈蚀产物沿钢筋环向的分布规律,建立了基于表观裂缝宽度的纵筋锈蚀程度评估模型。通过引入锈蚀影响系数提出了考虑不均匀锈蚀分布的锈蚀纵筋等效强度模型。基于已有试验结果分析了纵筋锈蚀和箍筋锈蚀的关系,建立了箍筋和纵筋锈蚀程度的关联模型。基于Mander的约束混凝土模型建立了锈蚀箍筋约束的混凝土模型。模型计算结果表明:钢筋锈蚀导致混凝土、钢筋强度显著降低,钢筋的不均匀锈蚀会对钢筋力学性能产生影响。基于OPENSEES平台和所提出的材料模型,建立了锈蚀RC框架柱的数值模型。根据已有试验资料,先后对本文所提出的纵筋锈蚀程度评估模型,箍筋和纵筋锈蚀程度关系模型,锈蚀箍筋约束混凝土模型,以及锈蚀RC柱的数值模型进行了验证。结果表明,本文模型具有较好的精度,锈蚀程度评估模型能够体现主要因素的影响,研究结果可用于既有混凝土结构的性能评估。     

锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能

对8根模拟锈蚀钢筋混凝土梁进行了高周疲劳试验,研究和探讨了模拟锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能。结果表明,交变荷载作用下试件的斜裂纹出现并迅速发展成主裂缝;模拟锈蚀钢筋混凝土梁多在端部发生剪切疲劳破坏;试件的挠度发展、裂缝分布与破坏形态密切相关;随循环次数增加,锈蚀主筋的最大、最小应力不断增长,应力幅值基本不变;混凝土的最大、最小压应变快速增长,应变幅值平稳增长;试件的疲劳寿命具有较大的离散型;同等条件下,锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳寿命往往比锈蚀钢筋的轴向拉伸疲劳寿命长。     

锈蚀钢筋力学性能数字试验研究

锈蚀钢筋拉伸试验发现，钢筋表面的蚀坑是钢筋强度降低的主要影响因素之一.采用有限元法对多根不同锈蚀缺损状态的钢筋进行数字化模拟试验，试验表明，钢筋锈蚀程度不同，其力学性能的变化也不同，并将该数字化模拟试验结果同实际钢筋拉伸试验进行对比研究.分析得到锈蚀钢筋极限强度的计算模型.结果表明：有限单元法模拟试验计算结果与实际钢筋拉伸试验结果基本符合；钢筋表面的缺损形态与重量损失率是影响锈蚀钢筋强度性能的两个关键因素；对数字试验计算结果进一步分析，可知单侧均匀锈蚀的钢筋，其抗拉极限强度主要与锈蚀钢筋的重量损失率有关；表面带明显蚀坑的锈蚀钢筋，其极限抗拉强度主要与钢筋表面蚀坑的深度、长度以及钢筋重量损失率有关.     

锈蚀钢筋与混凝土黏结机理试验研究

通过对混凝土试块中不同直径和保护层厚度的变形钢筋和光面钢筋进行拔出试验,得到了不同类型试件的平均黏结应力-平均滑移关系曲线.描述了各种试件的破坏过程,对锈蚀钢筋混凝土黏结性能退化机理进行了分析,阐述了不同加速锈蚀方法、锈蚀程度、钢筋直径、保护层厚度以及箍筋等因素对钢筋与混凝土的黏结性能的影响,发现随着锈蚀程度的增加,黏结性能先是略有提高,然后逐渐出现明显的退化;加速方法对锈蚀钢筋混凝土试件的黏结性能影响也较大,相同裂缝宽度下,恒电流加速试件的极限荷载比人工气候加速条件下要低很多.     

锈蚀不锈钢筋与混凝土黏结性能退化

通过不同锈蚀率下不锈钢筋混凝土试件的中心拉拔试验,分析锈蚀率、锈胀裂缝宽度对不锈钢筋/混凝土黏结性能退化的影响规律,分别基于质量锈蚀率和表面裂缝宽度建立不锈钢筋与混凝土黏结强度的预测公式,并与普通钢筋混凝土黏结性能进行对比分析. 研究结果表明：类似普通钢筋混凝土黏结退化规律,锈蚀不锈钢筋黏结强度随锈蚀率增大呈先增后减趋势,但拐点锈蚀率较普通钢筋更大;不锈钢局部坑蚀具有较强的随机性,使得锈胀裂缝宽度与锈蚀率的关系较为离散,与基于锈蚀率的黏结退化模型相比,基于表面锈胀裂缝宽度的模型可以更好地预测不锈钢筋与混凝土黏结强度的退化规律,工程实用性更强;在相同锈蚀程度下,不锈钢筋黏结强度退化程度较普通钢筋小,现有的普通钢筋黏结退化模型可以用于不锈钢黏结强度的预测,具有一定的安全保证.     

带肋钢筋与灌浆料黏结性能试验

为灌浆料在预制装配式结构及加固改造领域提供理论依据,进行了27个带肋钢筋-灌浆料拉拔试验,研究了试件的破坏模式和黏结强度随变量的变化规律,分析了灌浆料开裂、压碎过程及与过程相对应的典型黏结-滑移曲线各阶段.基于试验数据,拟合了灌浆料黏结锚固强度公式、黏结强度对应的滑移值公式和黏结应力-滑移关系式,提出了钢筋在灌浆料中的锚固长度经验值.结果表明:随着保护层厚度增大,试件平均黏结强度不断增大,相比于混凝土,保护层厚度增大相同幅度,灌浆料黏结强度增长慢;随着钢筋直径增大,平均黏结强度减小;随着钢筋锚固长度增加,试件平均黏结强度降低,相比于自密实混凝土,锚固长度增加相同幅度,灌浆料黏结强度增长快;强度等级相同时,灌浆料黏结强度高于普通混凝土;钢筋与灌浆料间黏结性能和钢筋与混凝土间黏结性能有差异.