单调与反复荷载下锈蚀钢筋—混凝土的粘结强度

发布时间：2020-11-11 16:26

　　 钢筋混凝土结构是目前建筑领域应用最多的结构形式,具有易取材、整体性及耐火性好等优点。近年来,在不同环境下服役的钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀现象越来越普遍,比如海洋和近海及港区环境、潮湿环境及其他工业污染环境中的结构等。混凝土结构耐久性问题日益凸显,其引起结构的性能退化也逐渐成为土木工程研究的热点。对于钢筋混凝土结构而言,可靠的粘结是保证钢筋和混凝土两种材料协同工作的基础。而钢筋的锈蚀是引起粘结性能退化的原因之一,其主要降低钢筋-混凝土的粘结强度,从而危害结构的安全性。因此,如何评估在单调和反复荷载下锈蚀对于钢筋-混凝土粘结强度的影响尤为重要。现阶段对锈蚀钢筋-混凝土粘结强度的研究已积累一定成果,但尚存不足。理论研究方面,对单调荷载下极限粘结强度的预测模型多基于试验数据回归得到,其适用性和预测精度依赖于回归分析采纳的数据库;试验研究方面,对反复荷载下极限粘结强度的研究多基于拉拔试验,这种试件在试验过程中的受力情况与真实混凝土构件不同,因此试验结果的适用性存在一定问题。基于此,本文主要开展研究工作和结论如下:(一)基于弹塑性厚壁筒理论,提出了用于预测变形钢筋-混凝土粘结破坏形态和粘结强度理论的分析模型。模型主要考虑广义约束,即混凝土保护层和箍筋,对变形钢筋粘结劈裂裂缝扩展的影响。当给定材料参数(混凝土、钢筋强度)和几何参数(混凝土保护层、钢筋和箍筋直径),便可对变形钢筋-混凝土的破坏形态和粘结强度做出预测。经过与大量试验数据对比验证,本模型独立于既有实验数据,预测精度良好,同时应用范围更加广泛。(二)对本文的变形钢筋-混凝土极限粘结强度理论预测模型进行深入研究,考虑锈蚀对于粘结强度的影响机理,提出了一个理论分析模型用来计算锈蚀钢筋-混凝土的极限粘结强度。模型可考虑多种参数,包括混凝土强度、钢筋直径、混凝土保护层厚度、箍筋直径和箍筋间距等的影响。通过与既有的试验数据进行对比,本模型在预测有箍筋和无箍筋两种情况下的锈蚀钢筋-混凝土极限粘结强度均具有较好的精度。同时,进行了参数分析,研究了关键参数对于锈蚀钢筋-混凝土粘结强度的影响规律。(三)开发了一种试验装置,用以实现反复荷载下梁式构件的粘结性能测试,采用该装置,可以模拟真实的构件中钢筋和混凝土两种材料的受力特征。根据试验结果研究了反复荷载、锈蚀程度和钢筋直径等对于破坏形态、粘结强度等的影响。结果表明,随着锈蚀率的提高,极限粘结强度先上升后下降,存在临界锈蚀率。在给定锈蚀率下,每一循环内的粘结强度随着循环次数的增加而降低。同时,锈蚀率越大,恒定幅值的多次循环下粘结强度的退化更明显。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU375
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
        1.1.1 钢筋与混凝土的粘结性能
        1.1.2 锈蚀对钢筋-混凝土粘结性能的影响
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 单调荷载下锈蚀钢筋与混凝土粘结性能
        1.2.2 反复荷载下锈蚀钢筋与混凝土粘结性能
    1.3 存在的问题和难点
    1.4 本文的研究思路及主要内容
2 钢筋与混凝土极限粘结强度理论模型推导
    2.1 引言
    2.2 提出钢筋与混凝土极限粘结强度理论模型
        2.2.1 钢筋混凝土中约束作用对粘结破坏形态和粘结强度的影响
        2.2.2 拔出破坏的粘结强度计算
        2.2.3 劈裂破坏的粘结强度计算
        2.2.4 考虑箍筋影响下的约束粘结模型
    2.3 理论模型验证
        2.3.1 与试验数据对比
        2.3.2 与已知理论模型对比
    2.4 本章总结
3 锈蚀钢筋与混凝土极限粘结强度理论模型推导
    3.1 引言
    3.2 提出锈蚀钢筋与混凝土极限粘结强度理论模型
        3.2.1 锈蚀钢筋对混凝土产生的锈胀作用
        3.2.2 不同锈蚀率对钢筋锈胀力的影响
        3.2.3 箍筋约束作用对锈蚀钢筋混凝土的作用
    3.3 理论模型验证
    3.4 理论模型参数分析
    3.5 本章总结
4 反复荷载下锈蚀钢筋混凝土梁式构件粘结性能的试验研究
    4.1 引言
    4.2 试验概况
        4.2.1 材料力学性能
        4.2.2 试验方案
        4.2.3 试件的通电快速锈蚀试验
    4.3 试验装置设计
    4.4 试验现象
        4.4.1 加载过程中的现象
        4.4.2 试验构件破坏形态
    4.5 粘结强度与衰减分析
        4.5.1 不同钢筋锈蚀率下的粘结强度分析
        4.5.2 同一试件在不同挠度位移循环下的粘结应力衰减分析
    4.6 与既有试验数据对比
    4.7 本章总结
5 结论与展望
    5.1 本文主要结论
    5.2 创新点摘要
    5.3 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 王军强;钢筋锈蚀产物膨胀在混凝土中产生的应力分析[J];建筑技术开发;2002年01期

2 傅恒菁;;低周反复荷载作用下月牙钢筋粘结性能试验研究[J];西安建筑科技大学学报(自然科学版);1986年01期

本文编号：2879438