锈蚀钢筋混凝土粘结滑移性能研究及其超声检测

发布时间：2017-10-12 03:38

  本文关键词：锈蚀钢筋混凝土粘结滑移性能研究及其超声检测

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【摘要】：钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性主要因素之一,其对钢筋与混凝土之间粘结滑移性能具有显著影响。粘结是钢筋和混凝土之间一种复杂的相互作用,通过粘结传递两者之间的应力,粘结作用的退化会造成钢筋混凝土结构构件力学性能的降低。因此,研究锈蚀钢筋和混凝土之间粘结滑移性能,以及对锈蚀钢筋混凝土不同阶段的损伤测试,对于评估锈蚀钢筋混凝土结构使用性能具有重要的理论的意义和实际价值。本文通过对锈蚀钢筋混凝土拉拔试验以及非线性超声测试试验,分析验证了非线性超声技术在锈蚀钢筋混凝土测试中的适用性和敏感性,研究了箍筋间距s、保护层厚度c和钢筋锈蚀率ω对粘结滑移性能和非线性超声特征参数的影响,建立了考虑箍筋间距s、保护层厚度c和钢筋锈蚀率ω的钢筋混凝土粘结滑移本构模型,并利用ANSYS建立的有限元模型进行对比验证。主要研究内容如下:(1)通过拔出试验研究了钢筋锈蚀率、保护层厚度以及箍筋间距对极限粘结强度影响,并建立了反映不同因素影响的极限粘结强度经验公式。结合规范和试验数据,建立了考虑不同锈蚀率、保护层厚度和箍筋间距的粘结滑移本构关系。通过内贴应变片,研究了钢筋应变和粘结强度随钢筋锚固位置变化的关系,建立了锚固位置函数。(2)基于本文的粘结滑移本构模型,通过ANSYS有限元软件,采用Beam188钢筋单元、Solid65混凝土单元以及Combin39非线性弹簧单元建立的三维实体拔出模型,模拟钢筋混凝土粘结破坏的全过程。从理论上分析了钢筋锈蚀率、保护层厚度以及箍筋间距对粘结滑移性能的影响,并与试验结果和公式计算结果进行对比验证。(3)利用非线性超声技术对试件锈前,锈后以及加载全过程的损伤测试,分析验证了此方法在混凝土损伤测试中的适用性和敏感性,研究了非线性超声特征参数随不同钢筋锈蚀率、保护层厚度以及箍筋间距变化规律,建立了描述极限粘结强度和非线性系数关系的经验公式。
【关键词】：锈蚀钢筋混凝土 极限粘结强度 粘结滑移本构关系 有限元分析 非线性超声技术 非线性超声特征参数
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU375
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 国内外研究进展12-16
• 1.2.1 锈蚀对钢筋性能影响方面12-13
• 1.2.2 锈后钢筋混凝土粘结滑移性能及本构关系13-15
• 1.2.3 锈蚀钢筋混凝土损伤评估15-16
• 1.3 存在的问题16-18
• 1.4 本文研究内容18-19
• 第2章 试件设计与试验19-37
• 2.1 试件的设计与制作19-24
• 2.1.1 试件设计19-21
• 2.1.2 试件制作21-24
• 2.2 试件快速锈蚀试验24-30
• 2.2.1 钢筋在混凝土中的锈蚀机理24-25
• 2.2.2 试件快速锈蚀方案25-28
• 2.2.3 试件锈蚀结果28-30
• 2.3 材性试验30-34
• 2.3.1 钢筋31-32
• 2.3.2 混凝土32-34
• 2.4 试件拉拔试验34-36
• 2.4.1 加载装置和量测方案34-35
• 2.4.2 加载方案35-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第3章 锈蚀钢筋混凝土粘结滑移性能研究37-81
• 3.1 试件破坏形态分析37-40
• 3.2 试验结果与分析40-59
• 3.2.1 锈蚀率对极限粘结强度 τ_u和极限滑移量Su影响41-46
• 3.2.2 保护层对极限粘结强度 τ_u和极限滑移量Su影响46-50
• 3.2.3 配箍率对极限粘结强度 τ_u和极限滑移量Su影响50-55
• 3.2.4 极限粘结强度 τ_u经验公式55-59
• 3.3 粘结滑移本构关系研究59-72
• 3.3.1 锈蚀钢筋混凝土粘结滑移曲线59-62
• 3.3.2 粘结滑移本构模型62
• 3.3.3 极限滑移量S_u62-66
• 3.3.4 残余粘结强度τ_r66-68
• 3.3.5 残余粘结滑移量S_r68-70
• 3.3.6 模型验证70-72
• 3.4 锈蚀钢筋锚固位置对粘结滑移本构关系影响72-79
• 3.4.1 拉拔过程中应变沿锚固位置的变化72-74
• 3.4.2 粘结应力沿锚固位置的变化74-77
• 3.4.3 锚固位置函数确定77-79
• 3.5 本章小结79-81
• 第4章 锈蚀钢筋混凝土拔出试件有限元模拟81-96
• 4.1 单元类型选取81-82
• 4.2 实常数设置82-83
• 4.3 材料参数取值83-84
• 4.4 有限元模型的建立和求解84-85
• 4.5 ANSYS计算结果与试验结果对比分析85-95
• 4.5.1 混凝土应力云图85-89
• 4.5.2 钢筋应力云图89-92
• 4.5.3 粘结滑移性能对比92-95
• 4.6 本章小结95-96
• 第5章 锈蚀钢筋混凝土非线性超声技术损伤测试分析96-120
• 5.1 混凝土损伤理论以及非线性超声技术损伤测试试验96-98
• 5.1.1 混凝土损伤力学的产生、发展及概念96
• 5.1.2 非线性超声特性和混凝土损伤关系96-97
• 5.1.3 非线性超声技术测试仪简介97-98
• 5.2 非线性超声技术损伤测试方案98-103
• 5.2.1 非线性超声换能器确定98-100
• 5.2.2 非线性超声发射电压确定100-102
• 5.2.3 非线性超声特征损伤测试方案102-103
• 5.3 基于非线性超声技术的锈蚀钢筋混凝土损伤研究103-107
• 5.3.1 锈蚀率与非线性超声特征参数关系103-105
• 5.3.2 非线性系数与极限粘结强度关系研究105-107
• 5.4 基于非线性超声技术锈蚀钢筋混凝土拉拔试验损伤研究107-115
• 5.4.1 分级加载下损伤对非线性超声特征的影响107-113
• 5.4.2 非线性系数与钢筋滑移量关系113-115
• 5.5 损伤测试参数敏感性分析115-119
• 5.6 本章小结119-120
• 结论120-121
• 参考文献121-125
• 攻读硕士学位期间发表的论文125-127
• 致谢127

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本文编号：1016447