浅谈钢筋混凝土粘结滑移研究

钢筋混凝土结构中的钢筋和混凝土两种性质完全不同的材料之所以能够共同工作,主要是依靠钢筋与混凝土间的粘结应力,．笔者从粘结力的组成、试验方法、影响粘结滑移因素、粘结滑移经验公式4个方面叙述了钢筋与混凝土粘结滑移性能研究进展的现状。     

钢筋锈蚀后与再生混凝土间粘结-滑移本构关系研究

为研究钢筋锈蚀后与再生混凝土间粘结-滑移本构关系,主要考虑了不同钢筋锈蚀率、不同再生粗骨料取代率、不同再生混凝土强度等因素的影响,采用加速通电锈蚀以及钢筋开槽内贴片方法,完成23组钢筋再生混凝土试件粘结-滑移性能拉拔试验,获得了再生混凝土与不同锈蚀程度螺纹钢筋间的荷载-滑移曲线以及不同锚固位置处钢筋应变。通过实测结果及理论分析,计算得到不同锈蚀率下钢筋再生混凝土间粘结应力及滑移值沿锚固长度分布规律,分析了钢筋锈蚀前后与再生混凝土间粘结应力传递及粘结锚固位置函数差异的受力机理,提出了不同锈蚀率下反映实际粘结分布规律的粘结锚固位置函数模型,最后建立钢筋锈蚀后与再生混凝土间考虑粘结-滑移位置函数的粘结-滑移本构关系,为锈蚀后钢筋再生混凝土有限元分析提供参考依据。     

微锈蚀钢筋混凝土高温后粘结锚固性能试验研究

为研究高温对锈蚀钢筋混凝土结构粘结锚固性能的影响,对锈蚀试件(锈蚀率为1.08%)与非锈蚀试件先进行高温试验(20℃、200℃、400℃、600℃、800℃),再进行中心拔出试验。试验结果表明:随温度的升高,锈蚀试件与非锈蚀试件粘结强度均呈下降趋势,与非锈蚀试件相比,锈蚀试件在温度不超过400℃时,其粘结强度下降趋势较为平缓。分析了高温作用后混凝土抗压强度、钢筋极限强度、钢筋与混凝土间粘结强度三者之间的关系,并建立了考虑不同温度、不同锈蚀率等因素影响下钢筋与混凝土的粘结-滑移关系式。     

塑钢纤维轻骨料混凝土与钢筋粘结锚固试验研究

通过对内贴应变片钢筋的直接拔出试验,分析钢筋直径、相对锚固长度（l_a/d）及混凝土相对保护层厚度（c/d）对塑钢纤维轻骨料混凝土与钢筋间粘结性能的影响,得出不同钢筋直径、锚固长度及相对保护层厚度对试件粘结锚固性能的影响规律,并提出塑钢纤维轻骨料混凝土钢筋锚固长度计算公式。试验结果表明:随钢筋直径的增大,试件粘结刚度增强,极限粘结强度先提高后降低;增加钢筋锚固长度会降低试件极限平均粘结强度,同时极限粘结强度对应钢筋自由端滑移量减小,试件粘结韧性则随锚固长度的增加而减小;混凝土相对保护层厚度增加会使试件极限粘结强度先提高然后趋于平稳。根据试验结果得到的钢筋锚固长度计算公式与规范给出的计算公式进行比较,从极限粘结强度的角度看,规范中的钢筋锚固长度计算公式偏于保守。     

自密实混凝土与钢筋的粘结性能试验研究

采用电液伺服加载装置进行自密实混凝土与钢筋的粘结性能试验,以自密实混凝土强度、新拌混凝土工作性能为变量,制作了28个自密实混凝土试件,研究各变量因素影响下,自密实混凝土与钢筋的粘结锚固性能。通过试验得到峰值粘结应力、峰值滑移、各阶段粘结刚度K1、K2、K3和粘结刚度退化率λ等与混凝土强度、新拌混凝土工作性能的变化规律。在此基础上根据各因素的影响程度及公式的适用性,采用最小二乘法得到钢筋与自密实混凝土粘结-滑移本构关系式,与试验数据对比表明具有良好精度。研究结果可为有关工程设计和研究提供 参考。     

锈蚀钢筋与混凝土粘结性能研究综述

钢筋与混凝土之间能够协同工作的主要原因之一是两者间具有良好的粘结性能,但钢筋混凝土结构在服役过程中,侵蚀性介质会进入混凝土中引起钢筋的锈蚀,造成钢混构件粘结性能退化,进而影响混凝土结构的承载能力及服役寿命。因此,通过试验角度科学地认识钢筋锈蚀作用下钢筋混凝土之间粘结性能的变化规律,对于钢混结构的先期设计及服役期间构件的寿命预测都有着极其重要的意义。对于锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结性能研究主要采用试验的方式,如梁式试验、中心拉拔试验及偏心拉拔试验等,通过相关的试验手段,对锈蚀钢筋混凝土构件的粘结特性(主要包括粘结强度、粘结刚度、粘结滑移量和粘结力的分布)等进行了探究,并分析了影响锈蚀钢筋混凝土构件粘结性能的因素,主要包括箍筋、混凝土特性、钢筋特性、裂缝宽度、电加速腐蚀电流密度、腐蚀形态等,并在相关试验数据的基础上建立了钢筋混凝土的粘结滑移本构关系及锈蚀率与粘结强度的关系模型。国内外仅对锈蚀作用(不考虑外荷载作用)下的钢混构件的粘结性能开展了较为系统的研究,并取得了一定的成果。研究表明,在锈蚀率较低时钢筋混凝土构件的粘结性能有所提高,但是随着锈蚀率的继续增大,粘结强度会迅速衰减。实际工程中的钢混结构,如高铁轨道梁(杂散电流与高铁荷载)、跨海大桥(环境腐蚀与车载)等,不仅受到腐蚀的威胁,还受到外载荷等其他因素的影响。但目前对腐蚀因素与外荷载(如疲劳荷载等)作用下钢混构件的粘结性能的研究相对较少。外载荷势必会对钢混构件的粘结性能造成影响,加速粘结强度的衰减,但由于影响粘结性能的因素较多、试验操作困难等,仍然需要对钢混构件的粘结性能进行深入的研究,以推动混凝土耐久性的进一步发展。本文总结了国内外研究锈蚀钢筋混凝土构件粘结性能的试验方法,从锈蚀粘结特性、粘结滑移本构关系、腐蚀疲劳作用下的粘结性能等方面综述了国内外关于锈蚀钢筋混凝土构件的最新研究成果,分析了现阶段研究中的不足之处,以期为锈蚀钢筋混凝土粘结性能的未来研究提供参考。     

有缺陷的装配式混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

为了明确装配式混凝土框架结构节点缺陷对于节点抗震性能的影响,该文考虑了三种典型装配式梁柱节点核心区缺陷,对5个装配式混凝土梁柱节点和1个全现浇混凝土梁柱节点进行了拟静力试验,分析了其对破坏形态、滞回性能、骨架曲线、刚度退化、耗能能力等性能的影响。采用OpenSees非线性有限元分析程序模拟钢筋粘结滑移关系和节点区域剪切性能,讨论了装配式混凝土梁柱节点钢筋粘结削弱的影响。结果表明:核心区内部混凝土浇筑缺陷将使得钢筋过早出现滑移现象,对节点的强度及耗能能力产生影响;粗糙面的缺陷及柱底接缝灌浆层缺陷对于节点抗震性能的影响较小;有限元模型通过考虑节点域的钢筋粘结滑移关系,可以有效模拟装配式节点钢筋粘结削弱效应,从而为进一步研究装配式节点抗震性能不确定性,并进行地震易损性分析奠定基础。     

混凝土结构工程除盐的研究与应用

基于氯离子腐蚀混凝土的电化学机理,探讨了用电化学方法反其道而行消除混凝土中氯离子的原理、可行性与工程应用前景。通过除盐试验和除盐后混凝土构件受力性能试验,研究了影响电化学方法除盐效果的各种参数(如碱溶液、电极电位、电流密度、金属网腐蚀牺牲等)及其对混凝土结构性能的影响;分析了除盐后钢筋周围混凝土凝胶体孔隙内碱类物质的积聚,及其对钢筋与混凝土之间粘结力的影响。除盐后的拉拔试验和钢筋混凝土板的弯曲试验表明,除盐后钢筋与混凝土之间的粘结性能会受到损伤,但粘结力的损伤不会对混凝土构件的正常使用性能和承载能力造成显著影响。     

NPR钢筋与海工混凝土的粘结性能试验研究

目前我国研究应用的钢材与西方发达国家相比强度仍然偏低,且普遍存在强度提高延性降低的问题,研究开发新型高强高延性钢筋是解决我国建筑用钢问题的有效途径.为了探究NPR钢筋能否应用于海工混凝土结构,本文采用中心拔出试验对NPR钢筋与海工混凝土间的粘结性能进行了研究,观察了试件的破坏形态,并分析了钢筋类型(NPR钢筋、普通钢筋)、海工混凝土强度等级(C30F250、C40F250、C50F250)、钢筋直径(8 mm、18 mm)及粘结长度(5d、7d)对粘结强度及粘结应力?滑移曲线的影响规律.试验结果表明:钢筋类型对破坏形态、粘结强度及粘结应力?滑移曲线均有明显影响;其他条件相同时,NPR钢筋的粘结强度低于普通钢筋;并且NPR钢筋的粘结强度随粘结长度的降低、海工混凝土强度等级的提高而增大.同时,采用三段式粘结?滑移本构模型对试验实测的粘结应力?滑移曲线进行拟合;结果表明,三段式模型能够较好地描述NPR钢筋与海工混凝土粘结应力?滑移曲线的特征.     

考虑混凝土软化效应的钢筋与混凝土粘结强度计算模型EI北大核心CSCD

通过钢筋与混凝土拉式粘结试验,测试了高强度带肋钢筋与不同强度等级混凝土的粘结强度,分析了带肋钢筋与混凝土的粘结受力机理;采用双线性软化本构对开裂区的软化行为进行描述,建立了综合考虑开裂区及未开裂区混凝土影响的粘结强度理论计算模型;研究了开裂区不同径向位移分布对计算结果的影响,并将计算结果与试验结果进行对比,验证了计算模型的有效性。结果表明:模型采用基于等效弹性假设的开裂区径向位移分布时,计算值与试验值最为吻合,但却过高的估计了低强度混凝土试件的粘结强度;为确保有足够的安全储备,建议采用弹性假设作为开裂区混凝土径向位移分布。     

加载速率对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响

为探究加载速率对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响,开展16根RC梁(质量损失率0%～8.7%)在不同加载速率(0.5～300 mm/min)下的粘结性能测试,据此提出考虑加载速率和钢筋锈蚀影响的粘结强度计算公式,并开展锈蚀钢筋混凝土梁粘结力学行为的数值模拟,分析高加载速率(30～30 000 mm/min,应变率10^-4～10^-1s^-1)下锈蚀梁的粘结滑移力学行为。研究表明：(1)加载速率对锈蚀钢筋混凝土梁式试件的粘结应力-滑移曲线形状以及粘结强度与残余粘结强度的比值影响不大;(2)随着加载速率的增加,锈蚀钢筋与混凝土的粘结强度和残余粘结强度显著增加,粘结区应力峰值显著增加并逐渐向加载端靠近;(3)本工作提出的考虑加载速率和钢筋锈蚀影响的粘结强度计算公式在0.5～30 000 mm/min的加载速率范围内有很好的适用性。     

锈蚀RC桥梁弯曲抗力时变概率模型与试验研究

在退化RC结构的时变性能评估、剩余寿命预测以及维修加固决策分析中,其抗力模型的建立至关重要。钢筋锈蚀导致钢筋的屈服强度降低、改变钢筋力学行为和影响钢筋与混凝土之间的粘结行为。钢筋腐蚀损失量影响钢筋的失效模式,即从延性破坏到脆性破坏变化。该文发展了退化RC 桥梁的概率抗力时变模型,可以定量考虑腐蚀对钢筋力学行为、倒塌机理和粘结性能的影响。建立退化结构的抗力概率模型可以抓住退化结构的退化机理、点蚀分布、结构尺寸参数、粘结行为、腐蚀扩展、钢筋失效模式和计算模型的随机性和变异性。RC 梁的加速腐蚀试验和旧桥的破坏性试验验证了该文模型的正确性和可靠性。     

钢筋与混凝土粘结界面局部断裂能的确定

钢筋与混凝土界面断裂能是一个重要的参数,其决定界面的粘结滑移大小及界面发生粘结破坏后裂缝的扩展程度。以往确定钢筋与混凝土界面粘结滑移本构关系的试验中,测得的滑移量过大,使得得到的界面断裂能值偏高,与实际情况不符。但通过现有的试验手段很难较为准确地得到界面局部粘结滑移本构关系。鉴于此,该文采用理论与试验相结合的方法确定钢筋与混凝土粘结界面局部断裂能的大小。针对直径为18 mm的光圆钢筋与混凝土粘结锚固试件,利用PVC管设置不同非粘结段长度作为界面的初始缝长。通过钢筋从混凝土中的拔出试验测得不同初始缝长对应的钢筋极限抗拔力。利用界面的变形协调条件和力的平衡条件,得到了不同加载阶段钢筋拉应力与界面粘结应力沿粘结长度方向的分布表达式,进而求得钢筋的极限抗拔力。结果表明,该极限抗拔力大小取决于界面的粘结强度、残余摩擦应力和初始裂缝尖端区域的局部断裂能大小。通过钢筋极限抗拔力的理论与试验结果的比较,得到了界面局部断裂能与界面初始缝长之间的关系。进而确定了局部断裂能沿钢筋粘结长度方向的分布模型,并得到了无尺寸效应的界面断裂能大小为25 N/m。。     

影响混凝土结构钢筋锈蚀的因素及措施探讨

本文阐述了混凝土结构中钢筋腐蚀的主要影响因素,并进一步分析钢筋锈蚀对混凝土粘结性能及结构受力的影响,最后提出防止钢锈蚀的主要措施。     

再生混凝土与钢筋粘结滑移性能的试验研究及力学分析

良好的粘结性能是确保再生混凝土与钢筋能够共同工作的前提条件。通过120个试件的拉拔试验,并结合非平衡态热力学与损伤力学的相关理论分析再生混凝土与钢筋间的粘结滑移性能。提出三段式的粘结滑移本构模型,对比表明该模型对实测粘结滑移曲线具有较好的模拟效果。分析了粘结破坏过程中的能量守恒与能量耗散特性,给出了耗散能与弹性变形能代表值的计算公式,探讨了初始弹性变形能与极限弹性变形能的关系,并基于本构破坏能,对影响粘结性能的因素进行了分析。提出相对损伤变量的概念,定义了界面相对损伤变量,推导出相对损伤滑移方程,分析了界面初始损伤、界面损伤发展阶段以及界面损伤的发展速度。研究结果可为推广应用钢筋再生混凝土结构提供基础研究资料。     

混凝土后锚钢筋的静动力粘结特性与工程应用 第十三届全国结构工程学术会议特邀报告

混凝土后锚钢筋又称植筋。在工程实际中,后锚钢筋能有效地解决新老混凝土连接、钢筋漏埋、错埋等钢筋生根问题,被广泛应用于结构加固改造中。结合单锚钢筋、群锚钢筋的粘结锚固性能试验和极限承载能力分析,研究了后锚钢筋与混凝土的粘结机理、粘结破坏形态与静力承载能力计算方法,并讨论了胶层厚度,植筋深度与直径等对静力承载能力的影响;结合植筋钢筋混凝土受弯构件和压弯构件在低周反复周期荷载作用下的滞回特性,分析研究了植筋混凝土构件的延性和抗震性能,并与常规整体浇注构件的特性进行了对比分析,验证了在植筋锚固长度大于20D的情况下,植筋构件的极限承载能力、极限变形能力和延性等主要力学指标都与整浇构件相当,植筋构件的抗震性能是可靠的。     

往复荷载下锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的试验研究

针对钢筋混凝土结构在服役过程中钢筋锈蚀以及承受往复荷载工况下引起的钢筋混凝土材料耐久性能劣化会对钢筋混凝土间的粘结性能产生影响，设计并制作了48根粘结区带裂缝的钢筋混凝土梁式试件，以研究在承受不同往复荷载工况(往复荷载幅度分别为极限荷载的0%、10%、20%及30%)、四种钢筋锈蚀率(0%、3%、5%及7%)以及往复荷载与钢筋锈蚀耦合工况下钢筋与混凝土粘结性能的变化情况。结果表明：钢筋锈蚀会影响试件破坏状态；施加往复荷载过程中残余滑移的增长主要发生在前六个循环，且残余滑移随着钢筋锈蚀率以及往复荷载幅度的增加而增大；耦合工况会进一步促进粘结性能的劣化，且粘结强度损失率随着钢筋锈蚀率和往复荷载幅度的增加而增大。该研究可为对应工况下钢筋混凝土构件的现状评估提供理论参考依据。     

火灾后型钢混凝土柱抗震性能有限元计算模型

该文建立了型钢混凝土柱温度场计算模型,计算结果与实测结果吻合较好。同时,还提出了型钢混凝土柱过火最高温度场的计算方法,并在考虑型钢与混凝土之间以及钢筋与混凝土之间的界面粘结滑移特性的基础上提出了火灾后型钢混凝土柱抗震性能的有限元计算模型,计算结果与试验结果吻合较好。该文模型可用于型钢混凝土柱火灾后抗震性能的计算与分析。     

干接缝节段拼装桥墩拟静力试验研究

摘要：为了比较节段拼装桥墩与整体现浇桥墩之间抗震性能的差异,以是否存在预应力钢筋、不同施工方法、预应力筋的位置和粘结状态、是否存在耗能钢筋等为试验参数,设计了一个包含五种不同构造类型混凝土桥墩的试验方案。采用拟静力试验方法比较分析了这五种不同构造类型混凝土桥墩的破坏形态、易损部位、荷载位移滞回曲线、节段拼装桥墩接缝的开展、拟静力残余位移、曲率分布、耗能能力、粘滞阻尼比等,得到了三种节段拼装桥墩、整体现浇钢筋混凝土桥墩和预应力混凝土桥墩之间拟静力行为的异同。试验结果表明：节段拼装桥墩在循环荷载作用下发生接缝的交替开闭,曲率变化集中在接缝附近,没有发生整体现浇混凝土桥墩通常出现的塑性铰现象。耗能钢筋的存在可以延缓接缝的张开,增加构件的极限弯矩和耗能能力,从而有利于增加抗震能力;采用无粘结预应力钢筋和有粘结预应力钢筋连接的节段拼装桥墩的拟静力残余位移比较小,而采用耗能钢筋的节段拼装桥墩的拟静力残余位移较大,基本上与整体现浇桥墩的拟静力残余位移相近。     

不同粘结情况下钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

通过对钢筋与混凝土界面粘结方式的改变,设计了钢筋表面刷胶粘结、钢筋表面缠薄膜粘结与常规粘结三种钢筋混凝土梁,并对三种试验梁进行了试验研究和对比分析。试验表明:钢筋与混凝土界面粘结强度越高,梁的刚度越大,梁的开裂荷载和极限荷载越高,梁的力学性能也越优越。同时还证明了钢筋与混凝土界面的粘结强度越高,同等荷载下钢筋应变越低、破坏前梁的裂缝条数越多、裂缝间距越小。