锈蚀对钢筋与钢纤维混凝土黏结性能的影响

通过中心拉拔试验,探究了钢筋与钢纤维混凝土(SFRC)间的黏结滑移机理,并以钢筋锈蚀率为参数,研究了氯离子侵蚀作用对钢筋与SFRC黏结性能的影响.结果表明:在达到黏结强度(峰值黏结应力)之前,钢筋自由端滑移较加载端小;在达到黏结强度之后,钢筋自由端与加载端滑移同步变化,黏结应力由钢筋肋间混凝土与周围混凝土之间的咬合力提供.尽管桥接锈胀裂缝的钢纤维遭受了一定程度的锈蚀损伤,但所有锈蚀试件仍然表现为延性的劈裂-拔出破坏;随着钢筋锈蚀率的增大,黏结强度先略微增大而后逐渐减小,当钢筋锈蚀率在8.01%之内时,其黏结强度不低于未锈蚀试件,当钢筋锈蚀率约15.11%时,其黏结强度损失约为35%.考虑钢筋锈蚀率的影响,基于Harajli模型得到锈蚀钢筋与SFRC黏结强度的经验公式.     

碳纤维布约束下钢纤维混凝土与腐蚀钢筋黏结性能的试验研究

为研究碳纤维布加固对腐蚀钢筋与钢纤维混凝土黏结性能的效用,采用外加电流法对96个预埋钢筋-钢纤维混凝土试件进行加速腐蚀,腐蚀完成后横向包裹两层单向碳纤维布;通过拉拔试验研究纤维布约束对腐蚀钢筋与钢纤维混凝土黏结性能的影响规律,并与普通混凝土试验结果进行对比分析,探讨钢筋种类、保护层厚度、腐蚀率、纤维布约束及钢纤维等对黏结性能的影响规律。研究表明:①碳纤维布约束使螺纹钢筋试件破坏模式由钢纤维混凝土劈裂破坏转变为钢筋拔出破坏,且碳纤维布约束使钢纤维混凝土试件的极限黏结强度提高,黏结-滑移曲线的下降段变缓;②钢筋种类、保护层厚度显著影响钢纤维混凝土试件的峰值黏结强度,螺纹钢筋试件的峰值黏结强度约为光圆钢筋试件的2.0～2.7倍,保护层厚度由40mm增大到60mm时,试件峰值黏结强度提高;③当腐蚀率小于5%时,腐蚀钢筋与钢纤维混凝土峰值黏结强度随着腐蚀率增大有所提高;当腐蚀率大于5%时,腐蚀钢筋与钢纤维混凝土峰值黏结强度降低;④在相同约束条件下,钢纤维混凝土峰值黏结强度比普通混凝土提高22.5%～61.5%,在峰值拉拔荷载下对应的滑移量较大,且光圆钢筋钢纤维混凝土试件黏结-滑移曲线的下降段比普通混凝土更为平缓。     

锈蚀钢筋与钢纤维混凝土的黏结性能试验研究

钢纤维混凝土具有良好的开裂后拉伸性能和韧性,已被广泛用于工程结构的修复加固中。对于所修复的锈蚀构件,钢纤维混凝土与锈蚀钢筋的黏结性能是影响其力学性能的关键因素。首先通过电化学方法对钢筋进行预锈蚀,进而采用清理干净的预锈蚀钢筋制作拉拔试件,然后通过中心拉拔试验研究锈蚀钢筋与钢纤维混凝土的黏结性能。试验结果表明：钢纤维的掺入能够使试件从劈裂破坏转变为拔出破坏,同时黏结强度比提高4.4%~7.5%;随着黏结长度的减小,加载端与自由端的相对滑移也逐渐减小,而峰值黏结应力对应的平均滑移却逐渐增大;锈蚀率对黏结强度的影响与黏结长度相关,与未锈蚀试件相比,当锈蚀率达到约15%时,黏结长度为3d（d为钢筋直径）试件的黏结强度减小21%,而黏结长度为7d试件的黏结强度基本不变。基于试验结果,建立了以锈蚀率和黏结长度为参数的黏结强度经验公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

HRB400钢筋与钢纤维再生混凝土黏结性能及影响因素分析

设计了28组拉拔试件,研究了不同钢纤维体积掺量、再生骨料取代率、钢筋直径和锚固长度对HRB400钢筋与钢纤维再生混凝土黏结滑移性能的影响。结果表明,随着再生骨料取代率的增加,试件的黏结强度下降;与再生骨料取代率为0相比,当再生骨料取代率为100%时,试件的黏结强度下降幅度最大;随着钢纤维掺量的增加,试件的黏结强度整体呈上升趋势,极限荷载下钢筋自由端的滑移值也相应增加;钢筋直径增大时,其黏结强度有所降低;有效锚固长度增大时,黏结强度出现了不同程度的下降,且有效锚固长度为5d时的极限黏结强度最大。     

重复荷载下裂缝间黏结性能研究

为研究静载和重复荷载下裂缝间钢筋与混凝土黏结性能,本文自行设计梁式试验装置,通过试验得出静载和重复荷载下裂缝间钢筋应变、混凝土应变特征以及重复荷载下端部钢筋应力和滑移滞回曲线、裂缝处滑移发展规律。运用试验测定的钢筋应变,拟合静载和重复荷载下缝间黏结应力分布曲线。根据裂缝处峰值滑移量和残余滑移量发展规律,基于修正的Miner准则和Chaboche基本理论,得出幂函数形式的黏结疲劳损伤方程,提出考虑黏结疲劳损伤的缝间黏结应力形状函数,并通过试验结果验证该形状函数的正确性。试验和理论分析发现:重复荷载下钢筋与混凝土之间滑移量达到静载下钢筋屈服时对应的滑移量时,黏结损伤的累积达到极限。裂缝处钢筋的滑移、黏结应力的退化均呈现疲劳破坏的三阶段特征,第一阶段约占整个寿命的10%,第二阶段约占80%,第三阶段约占10%。     

锈蚀钢筋与再生混凝土黏结性能试验研究

通过5组锈蚀钢筋再生混凝土中心拉拔试件,研究锈蚀钢筋与再生混凝土黏结性能,分析在钢筋锈蚀率、钢筋直径和混凝土强度等因素影响下,锈蚀钢筋与再生混凝土间黏结应力-滑移的本构关系。得到锈蚀钢筋与再生混凝土间的黏结强度影响因子,获取了锈蚀钢筋与再生混凝土的黏结应力-滑移曲线以及黏结区不同位置处钢筋应变的分布规律。结果表明:锈蚀率较小时,自由端发生滑移,试件仍能承受荷载;锈蚀率较大时,自由端出现微小滑移,试件发生劈裂破坏。为了准确得出相同滑移值下不同锚固位置的黏结应力,先拟合出相应位置处黏结应力与滑移值的关系式,再通过代入滑移值计算得出黏结应力,最后建立考虑位置函数的锈蚀钢筋与再生混凝土的黏结应力-滑移本构关系。并与平均黏结应力进行了对比,结果表明拟合值与试验值吻合较好。     

重复荷载作用下钢筋混凝土锚固端黏结性能试验研究

通过对23个钢筋混凝土试件的静载和重复荷载作用下拔出试验,研究了重复荷载作用下钢筋峰值应变和残余应变、自由端和加载端滑移发展特征,得到了重复荷载作用下黏结应力-滑移滞回曲线变化规律。运用试验测定的钢筋应变,计算了静载和重复荷载作用下锚固端黏结应力分布曲线,总结了重复荷载作用下峰值黏结应力、残余黏结应力变化特征,分析了锚固端黏结应力分布机理。研究结果表明：重复荷载作用后黏结强度并不受重复次数影响;重复荷载作用下,自由端、加载端峰值滑移量和残余滑移量发展均符合疲劳破坏的三阶段特征;当滑移量累积到静载作用下破坏时的峰值滑移量时,发生黏结疲劳破坏;随着重复次数的增加,黏结应力沿锚固长度的分布出现明显的双峰现象,最大黏结应力位于距离加载端和自由端约1/4锚固长度位置处。研究结果可为深入研究混凝土结构疲劳性能提供依据。     

重复推出下钢管再生混凝土黏结-滑移性能影响因素

为研究钢管再生混凝土（RACFST）在原生混凝土强度等级、锈蚀率和膨胀剂掺量影响下的黏结-滑移性能，开展了重复推出试验，分析了荷载-滑移曲线、耗能能力、应变分布和各因素对RACFST峰值荷载的影响，并建立了黏结强度计算模型. 结果表明：混凝土奇数次推出时的耗能能力和钢管表面应变分布大于偶数次推出时；峰值荷载随着原生混凝土强度的提高而增大，随着锈蚀率和膨胀剂掺量的提高分别呈先增大后减小、先减小后增大趋势；基于Rational函数和Expdec1函数建立的黏结强度计算模型具有较高可靠性.     

锈蚀钢筋与纤维水泥基材料的界面黏结性能

针对2种用于结构修复的纤维水泥基材料(超高韧性水泥基复合材料UHTCC和钢纤维混凝土SFRC),以钢筋锈蚀率(质量分数,下同)为参数,通过中心拉拔试验,研究了清理干净的锈蚀钢筋与纤维水泥基材料的黏结性能.结果表明:由于纤维的桥接作用,UHTCC和SFRC试件均呈现出劈裂-拔出破坏模式;随着钢筋锈蚀率的增大,UHTCC试件的相对黏结应力-平均滑移曲线下降段渐趋平缓,SFRC试件的曲线下降段斜率基本保持不变;在相近的锈蚀水平下,UHTCC试件的黏结强度和残余黏结强度均高于SFRC试件;当钢筋锈蚀率约为14%时,2种试件的黏结强度分别下降至初始强度的81%和88%;钢筋锈蚀对纤维水泥基材料的残余黏结强度影响较小.     

锈蚀钢筋与混凝土不协调变形量化方法及对构件受弯性能的影响

锈蚀黏结退化会引起钢筋与混凝土之间的不协调变形,导致构件受弯性能退化。提出了一种锈蚀钢筋与混凝土不协调变形量化方法,该方法将黏结退化表示成锈蚀率的函数,基于有效黏结力传递规律确定受弯构件黏结滑移区范围,进而构建黏结滑移区内整体变形关系实现对不协调变形的量化。该方法可用于锈蚀RC梁受弯承载力计算评估,能综合考虑锈蚀截面损失、黏结退化以及钢筋端锚失效等影响,具有较高的精度。研究表明:不协调变形受钢筋锈蚀和荷载的影响;锈蚀率低于7%时,构件不会出现不协调变形;锈蚀率越高,不协调变形出现时对应的荷载越低,对构件受弯承载力退化的影响越显著;锈蚀率大于15%时,不协调变形会提早出现,变形协调系数迅速趋于某一恒定值,由其引起的承载力退化量基本保持不变。     

锈蚀钢筋与混凝土不协调变形量化方法及对构件受弯性能的影响

锈蚀黏结退化会引起钢筋与混凝土之间的不协调变形,导致构件受弯性能退化。提出了一种锈蚀钢筋与混凝土不协调变形量化方法,该方法将黏结退化表示成锈蚀率的函数,基于有效黏结力传递规律确定受弯构件黏结滑移区范围,进而构建黏结滑移区内整体变形关系实现对不协调变形的量化。该方法可用于锈蚀RC梁受弯承载力计算评估,能综合考虑锈蚀截面损失、黏结退化以及钢筋端锚失效等影响,具有较高的精度。研究表明:不协调变形受钢筋锈蚀和荷载的影响;锈蚀率低于7%时,构件不会出现不协调变形;锈蚀率越高,不协调变形出现时对应的荷载越低,对构件受弯承载力退化的影响越显著;锈蚀率大于15%时,不协调变形会提早出现,变形协调系数迅速趋于某一恒定值,由其引起的承载力退化量基本保持不变。     

锈蚀钢筋与混凝土不协调变形量化方法及对构件受弯性能的影响

锈蚀黏结退化会引起钢筋与混凝土之间的不协调变形,导致构件受弯性能退化。提出了一种锈蚀钢筋与混凝土不协调变形量化方法,该方法将黏结退化表示成锈蚀率的函数,基于有效黏结力传递规律确定受弯构件黏结滑移区范围,进而构建黏结滑移区内整体变形关系实现对不协调变形的量化。该方法可用于锈蚀RC梁受弯承载力计算评估,能综合考虑锈蚀截面损失、黏结退化以及钢筋端锚失效等影响,具有较高的精度。研究表明:不协调变形受钢筋锈蚀和荷载的影响;锈蚀率低于7%时,构件不会出现不协调变形;锈蚀率越高,不协调变形出现时对应的荷载越低,对构件受弯承载力退化的影响越显著;锈蚀率大于15%时,不协调变形会提早出现,变形协调系数迅速趋于某一恒定值,由其引起的承载力退化量基本保持不变。     

高强钢筋与活性粉末混凝土黏结性能的试验研究

通过54个立方体中心拉拔、6个立方体偏心拉拔、6个棱柱体中心拉拔、6个板式中心拉拔共计72个拉拔试件,研究高强钢筋与活性粉末混凝土(RPC)的黏结性能,包括极限拉拔荷载、极限黏结应力、自由端初始滑移荷载、峰值荷载对应的自由端滑移量与荷载-滑移全曲线等。探讨钢筋埋长、保护层厚度、钢筋直径、活性粉末混凝土强度变化、钢纤维掺率等因素对黏结性能的影响规律。研究表明:①钢筋埋长增加,极限拉拔荷载与自由端初始滑移荷载增加,极限黏结应力与峰值荷载对应滑移量减小;埋长从3d增加到4d,荷载过峰值后下降变快,然后荷载又逐渐上升;埋长增加到5d、6d时,钢筋被拔断。②保护层厚度增加,极限拉拔荷载、极限黏结应力、自由端初始滑移荷载、峰值荷载对应滑移量均增加,曲线下降段变缓。③RPC强度增加,极限黏结应力与初始滑移荷载增加,荷载过峰值后下降变快,在最高强度H3型RPC试件中,荷载下降后又上升,钢筋拔出过程变快。④钢筋直径、钢纤维掺率增加,曲线下降段变缓。⑤高强钢筋与RPC黏结性能良好。在试验的基础上确定试验测定黏结强度的合理埋长,建立计算临界锚固长度的公式,拟合极限黏结应力与保护层厚度、相对埋长之间的关系式。     

反复荷载作用下钢筋与纤维混凝土黏结性能试验研究

为研究添加钢纤维和钢碳混杂纤维对于钢筋与混凝土在反复荷载作用下黏结性能影响,进行了48个混凝土轴心受力钢筋短锚试件在单调、等幅反复荷载以及变幅反复荷载作用下黏结性能的试验研究。结果表明：添加纤维可在一定程度上改善钢筋与混凝土间的黏结性能;黏结性能的退化在等幅反复荷载作用下主要体现在黏结应力-滑移滞回曲线峰值黏结应力的退化;在变幅反复荷载作用下主要表现为黏结强度、卸载刚度、摩阻力的不断降低,以及卸载至零时残余滑移量的不断增长;影响黏结退化的主要因素是前期的最大控制位移水平,低控制位移水平下的加载循环对高控制位移水平下的黏结性能影响较小,并给出了合理的退化机理解释。     

钢筋与钢纤维混凝土的黏结滑移性能及其关系模型

基于内贴应变片的钢筋与钢纤维混凝土局部黏结试件的拉拔试验,研究钢筋与不同强度钢纤维混凝土的黏结性能。通过对实测钢筋应变的分析,建立了以三次多项式表达的黏结应力分布函数,得到了各级荷载作用下钢筋与钢纤维混凝土黏结应力和相对滑移沿黏结区段的分布,进一步分析了钢纤维和混凝土强度对黏结性能的影响。结果表明,随钢纤维的体积率和混凝土强度的增大,黏结试件加载端附近的黏结应力提高,黏结应力极值总体向加载端靠拢;同时,加载端与自由端的滑移减小。最后,提出了能够较好反映钢筋与钢纤维混凝土受力过程的黏结-滑移关系模型。     

反复荷载下低强度混凝土与光圆钢筋局部黏结性能的试验研究

通过反复拉拔试验研究了不同加载阶段下光圆钢筋在低强度混凝土中黏结应力沿黏结长度的分布。根据试验中得到的光圆钢筋在低强度混凝土中的局部应力-应变关系及荷载-滑移关系推算出了沿黏结长度拉应力、黏结应力的分布曲线及局部黏结应力-相对滑移关系,并在试验研究基础上,推导了各加载阶段光圆钢筋与低强度混凝土间黏结应力分布的变化机理。试验中采用了3个黏结长度分别为10D、15D、20D(D为钢筋直径)的中心拔出试件。研究结果表明:早期加载阶段,黏结应力起始于加载端,随着荷载增大黏结应力的峰值点由加载端逐渐向自由端移动,并且钢筋表面分布的黏结应力从加载端开始,从由胶结力提供迅速转变为界面摩擦力提供;随着自由端的钢筋滑移量被记录后,分布在钢筋表面的胶结力全部消失;进入卸载阶段至荷载降为0时,由于钢筋黏结段区域存在的残留拉应力,观察到分布的残留黏结应力呈现为反对称形;随后,即使进入反复加载阶段,黏结应力的分布特征基本保持不变。另外,所有试件各测点对应的局部黏结应力-相对滑移曲线与平均黏结应力-滑移曲线的滞回特性基本一致。     

锈蚀钢筋再生混凝土黏结滑移梁式试验研究

通过再生混凝土梁式试验,得到了不同钢筋锈蚀率下再生混凝土与钢筋的平均黏结应力 滑移曲线,分析了钢筋锈蚀率对不同直径钢筋与再生混凝土之间黏结滑移性能的影响。研究结果表明：钢筋锈蚀率为0%和1%时,试验梁发生劈裂破坏;锈蚀率为9%时,发生钢筋拔出破坏;锈蚀率为3%和6%时,试件钢筋拔出和混凝土劈裂破坏共同发生;锈蚀钢筋与再生混凝土间黏结应力随钢筋锈蚀率的增加而先增大后减小,锈蚀率为1%时黏结应力为最大;锈蚀率为0%和1%时,黏结应力峰值集中在加载端附近,随锈蚀率增大,黏结应力峰值靠近自由端;随锈蚀率的增加,滑移增幅变大;依据试验结果,拟合了黏结应力沿锚固区分布规律的位置函数,结合平均黏结应力 滑移本构方程,建立了可反映不同位置锈蚀钢筋再生混凝土黏结滑移的本构方程。     

锈蚀对钢筋与轻骨料混凝土黏结性能的影响

为了研究箍筋、钢筋锈蚀等对轻骨料混凝土与钢筋之间黏结性能的影响,制作了18个钢筋轻骨料混凝土试件,分有箍筋、无箍筋两类试件,每类试件又分无锈蚀(锈蚀率为0%)、轻度锈蚀(锈蚀率为1%)、中度锈蚀(锈蚀率为3%)、重度锈蚀(锈蚀率为5%)四种工况,采用电化学法加速钢筋的锈蚀,通过拉拔试验,得到各个试件的荷载-滑移曲线,通过黏结力-滑移曲线、每种工况试件的特征值,分析了箍筋、钢筋锈蚀程度对锈蚀钢筋与轻骨料混凝土黏结性能的影响。结果发现:箍筋对锈蚀钢筋与轻骨料混凝土的黏结性能影响很大,箍筋的存在可以提高试件的黏结强度,延缓试件在极限荷载时劈裂破坏,甚至变成延性破坏。随着锈蚀程度的增加,轻骨料混凝土与钢筋的黏结性能有先增加后减小的趋势。     

墩粗钢筋在高强钢纤维混凝土中的黏结锚固性能

为探究墩粗钢筋与高强钢纤维混凝土之间的黏结锚固性能,以黏结长度、保护层厚度和钢筋类型为试验变量,开展拔出试验.通过黏结-滑移曲线、破坏模式、黏结强度及峰值滑移等分析墩粗钢筋-高强钢纤维混凝土的黏结-滑移性能.结果表明：混凝土的黏结强度随着黏结长度的增加而降低,且对墩粗钢筋试件的影响更明显;提高保护层厚度可以提升黏结性能,但作用有限;钢筋进行墩粗处理可以有效提高钢筋与混凝土之间的黏结强度,显著降低峰值滑移,改变破坏模式.基于试验数据,建立了混凝土的黏结-滑移关系.     

锈蚀钢筋钢纤维混凝土梁静力学性能试验

通过对10根钢筋混凝土梁进行静载试验,研究分析了钢筋锈蚀率和钢纤维掺量对试验梁的承载力、荷载-挠度曲线、钢筋和混凝土应变等的影响。试验结果表明:随着钢筋锈蚀率的增大,试验梁的极限承载力和刚度均明显降低,屈强比增大,钢筋与混凝土正截面平均应变不再符合平截面假定。由于钢纤维的增强和阻裂作用,锈蚀钢筋钢纤维混凝土梁的受力性能优于锈蚀钢筋混凝土梁的,对于提高钢筋混凝土构件的耐久性有积极作用。