滨海环境腐蚀钢筋混凝土材料及桥梁墩柱构件力学性能退化的试验研究

发布时间：2020-08-09 06:59

【摘要】：海洋环境下,海水中的Cl~(-1)侵入到钢筋表面,导致钢筋发生腐蚀。腐蚀之后钢筋的截面积减小,钢筋与混凝土之间粘结作用衰减,并导致膨胀拉应力的产生,最终导致混凝土保护层锈胀开裂、剥落。这些材料的和界面的劣化必然导致钢筋混凝土结构的腐蚀损伤以及承载性能衰减。然而,由于腐蚀的随机性,仅凭实验室质量(面积)损失或工程实践中混凝土保护层开裂去确定结构的承载性能退化是相当困难的。本文试图从以下三方面解决此问题:腐蚀箍筋约束混凝土柱轴心加载试验以及锈蚀钢筋力学性能的统计分析,锈蚀钢筋混凝土墩柱承载性能试验。首先,制作15个箍筋约束混凝土短柱试件,采用通电加速方法腐蚀箍筋。腐蚀完成后进行轴压加载试验,并记录了其加载试验中峰值荷载、轴向变形以及环向变形值。试验结果表明同等腐蚀水平情况下,混凝土强度等级高的试件表面裂缝宽度、长度均较大;试件的峰值荷载、初始刚度、延性系数及耗能随腐蚀率的增大而减小。相对而言,混凝土强度等级低的试件的峰值荷载以及初始刚度衰减更剧烈。试验还模拟分析了三种影响因素(箍筋面积减小、保护层混凝土锈胀开裂和箍筋与混凝土粘结性能退化)对于短柱承载性能的影响。试验结果表明去粘结力试件以及去保护层试件的峰值荷载、初始刚度以及耗能水平较对比试件有所降低,箍筋截面积减小是造成延性系数以及耗能水平减弱的主要因素。其次,本文从拆除的深圳东部某桥获取自然腐蚀带肋钢筋29根、自然腐蚀光圆钢筋13根,采用排水法对腐蚀钢筋剩余截面积沿钢筋长度的变化进行了测试,然后对腐蚀钢筋进行了拉伸试验,将得到的腐蚀钢筋的力学性能参数与其余学者试验结果进行了对比统计分析。同时,对坑蚀影响钢筋力学性能进行有限元模拟分析。研究结果表明腐蚀钢筋的无量纲屈服强度、无量纲极限强度、无量纲伸长率与腐蚀水平呈现负相关关系,但无量纲强屈比几乎不受腐蚀影响。再者,以深圳东部某桥腐蚀桥墩为原型,浇筑12根桥梁墩柱构件模型,采用通电加速方法对钢筋进行加速腐蚀。桥梁墩柱模型中6根用于轴压静力性能研究,6根用于低周反复加载实验研究。试验结果表明无论是轴压加载或低周反复加载,目标腐蚀率20%的构件破坏形态均与其余工况有显著区别。就轴压加载试验构件而言,小腐蚀水平情况下,轴压构件的峰值荷载、延性系数、初始刚度均有轻微的提升;大腐蚀水平情况下,这些指标参数较对比件有所衰减;但耗能水平始终减小;就低周反复加载工况而言,随着试验进程的进行,其割线刚度逐步减小,耗能逐步增加,且腐蚀构件刚度退化速率较对比构件大,但耗能增长速率较小。腐蚀严重的构件出现塑性铰区的转移。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U446.1
【图文】：

劣化,耐久性问题,侵蚀作用,深圳

滨海环境腐蚀钢筋混凝土材料及桥梁墩柱构件力学性能退化的试验研究第 1 章绪论1 研究背景及意义耐久性是钢筋混凝土结构所面临的严峻问题之一。美国学者 De Sitter[1]曾以其著“五倍定律”诠释了耐久性问题所带来的间接损害——不同腐蚀状况下所产生的修用以新建混凝土结构所花费用为基数以 5 的幂次逐级增加。这个级数的存在恰恰说世界范围内每年投入维护、维修混凝土结构的费用之大，同时从侧面反映了当前形混凝土耐久性问题形势之严峻。

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蚀钢筋混凝土材料及桥梁墩柱构件力学性能退化6%，由此可见钢筋腐蚀带来的危害是极为直接危害就是钢筋混凝土结构的劣化，尤为突出。如图 1.1.1 为深圳东部某桥桥墩 1.1.1(a)桥墩腐蚀相对较轻，但混凝土保护经出现混凝土大面积剥落以及箍筋锈断的导致了桥墩承载性能的劣化，使得该桥逐，由于钢筋的腐蚀，桥墩已经出现很严重钢筋腐蚀对钢筋混凝土影响的研究就具有

试件尺寸,单位,箍筋,水泥垫块

SNP-2 0SNP-3 0如图2.2.1所示，本次试验钢筋混凝土短柱试件截面直径为200mm，高度为450mm。每个试件有 4 根构造钢筋，为直径 8mm 的 HPB300 级钢筋；7 根箍筋，为直径 8mm 的HPB300 级钢筋；每两根箍筋之间间距为 60mm 且保护层厚度为 15mm，上下两根箍筋距离上下顶面间距均为 45mm。钢筋笼的位置采用预制的水泥垫块固定，如图 2.2.1、2.2.2和 2.2.3 所示。

【参考文献】