锈蚀钢筋力学性能退化规律试验研究

通过对模拟人工气候环境和恒电流加速锈蚀的钢筋混凝土构件破型所得的56根锈蚀钢筋进行拉伸试验,研究两种加速锈蚀方法对锈蚀钢筋力学性能的影响,分析比较不同锈蚀程度下钢筋的各项力学性能指标的变化,发现不同加速锈蚀方法下混凝土内钢筋锈蚀表面特征的不同对钢筋力学性能退化有一定影响,且随着锈蚀程度的增加,这种影响会变得越来越明显。比如应力-应变曲线将发生明显变化,钢筋的屈服点和应力峰值降低且对应的应变减小;屈服平台逐渐变短,强屈比变小;极限延伸率减小和弹性模量随锈蚀率增大逐渐变小;颈缩现象变得越不明显等。研究表明,采用人工气候环境加速试验方法可以有效模拟自然气候环境中不均匀锈蚀引起的钢筋力学性能的改变,并在试验结果分析基础上,建立与锈蚀率相关的钢筋本构关系模型,为老化混凝土结构加固设计时提供应用参考。     

非均匀锈蚀钢筋拉伸性能试验与模拟

钢筋的非均匀锈蚀形貌是决定锈蚀钢筋力学性能的关键.结合“电渗-恒电流-干湿循环”加速锈蚀方法与3D扫描技术,获取了13根不同锈蚀程度、不同直径钢筋试件的锈蚀形貌,并通过单调拉伸试验和数值模拟,研究了锈蚀程度及钢筋直径对其力学性能的影响.结果表明：钢筋的名义屈服强度、名义极限强度、名义弹性模量、硬化起始应变和名义峰值应变等特征参数均随着锈蚀程度的增加而降低,且较小直径钢筋的强度特征值受锈蚀影响更为显著;微段切分法的分析结果表明,锈蚀钢筋名义力学性能的劣化是由截面积削弱引发的,其实际力学性能并未改变;根据已有试验数据和模拟结果,以最大截面锈蚀率和平均质量锈蚀率作为锈蚀程度量化指标对各力学性能特征参数退化规律进行了标定,进而建立了非均匀锈蚀钢筋拉伸本构模型.     

考虑局部锈蚀特征的钢筋性能退化试验研究

采用电化学加速锈蚀和人工环境模拟方法制备侵蚀环境下混凝土构件中锈蚀钢筋样本,阐述了钢筋均匀锈蚀和不均匀锈蚀的发展机理,建立了更为合理的钢筋锈蚀程度分类方法和更为准确的评估指标.通过锈蚀钢筋力学性能测试,研究蚀坑参数对锈蚀钢筋力学性能的影响,建立了钢筋力学性能退化模型.考虑工程维护管理和结构性能评估实际情况,针对锈蚀率在5％～20％,蚀坑形状不规则的Ⅱ级钢筋,建立了蚀坑形状特征参数模型,为准确预测侵蚀环境下考虑锈蚀的钢筋混凝土结构长期承载力奠定了基础.     

基于长度表征不均匀锈蚀钢筋力学性能研究

为研究锈蚀钢筋沿长度方向的锈蚀率变化规律及其对锈蚀钢筋力学性能的影响,对混凝土板中钢筋进行了电化学加速锈蚀试验.结果表明:通过控制混凝土密实度及浸泡方式,采用电化学加速锈蚀试验,可以得到沿截面及长度方向不均匀锈蚀的钢筋.锈蚀钢筋屈服荷载、极限荷载与微段最大锈蚀率有较大的相关性,且沿长度方向不均匀锈蚀参数随其平均质量损失率增加而增大.用微段最大锈蚀率计算得到的锈蚀钢筋屈服荷载预测值与试验值较为接近,可为相关研究提供参考.     

锈蚀钢筋截面分布特征及轴向拉伸力学性能

采用半浸泡通电加速锈蚀法获得平均锈蚀率为0%～18%的钢筋,应用三维扫描的实物反求技术获得精确的锈蚀钢筋截面积数据,研究得到了平均锈蚀率与最大截面锈蚀率的关系,统计建立了锈蚀钢筋截面积概率分布模型;通过轴向拉伸试验研究锈蚀钢筋力学性能退化原因,定量分析锈蚀率与钢筋各力学特征值损失率的关系.结果表明:锈蚀钢筋实际材料性能未发生改变,其名义屈服强度、名义极限强度由钢筋最小残余截面积决定;钢筋变形与钢筋残余截面积分布有关,与平均锈蚀率及最大截面锈蚀率的相关程度较低;锈蚀钢筋本构关系仍可采用未锈蚀钢筋的本构关系,并可通过残余截面积概率分布模型来反映锈蚀对钢筋力学性能的影响.     

基于钢筋锈蚀的混凝土结构性能退化研究综述(下)

简要阐述了锈蚀钢筋混凝土结构性能退化研究的重要意义,介绍了加速锈蚀方法,并分别从锈蚀钢筋力学性能、混凝土锈胀开裂、锈蚀钢筋与混凝土粘结性能及基本构件性能退化的研究现状和存在问题等方面进行述评,最后,提出新的研究思路和研究方向.     

杂散电流影响下海砂混凝土的力学性能以及钢筋锈蚀特征

对杂散电流影响下海砂混凝土的力学性能以及钢筋锈蚀特征进行了研究。结果表明:随着加载电压的增大以及通电时间的延长,其抗压强度和弹性模量明显下降;通过电化学当量和钢筋腐蚀电流密度特征变化,杂散电流对河砂混凝土钢筋锈蚀影响较弱,但会加速海砂混凝土钢筋锈蚀,产生不利影响。     

基于钢筋锈蚀的混凝土结构性能退化研究综述(Ⅰ)

简要阐述了锈蚀钢筋混凝土结构性能退化研究的重要意义，介绍了加速锈蚀方法，并分别从锈蚀钢筋力学性能、混凝土锈胀开裂、锈蚀钢筋与混凝土粘结性能及基本构件性能退化的研究现状和存在问题等方面进行述评，最后提出新的研究思路和研究方向。     

不同锈蚀方法下锈蚀程度对钢筋力学性能的影响

采用人工模拟自然环境与恒电流加速锈蚀的方法使得钢筋产生不同程度的锈蚀,对不同锈蚀率HRB335光面直径12mm的钢筋进行力学性能试验,根据试验结果分析了不同锈蚀方法对钢筋名义屈服强度、名义极限强度、实际屈服强度、实际极限强度及极限伸长率的影响;分析了同种锈蚀方法不同锈蚀率时钢筋名义屈服强度、名义极限强度、实际屈服强度、实际极限强度及伸长率的变化规律。     

锈蚀钢筋力学性能研究现状分析

对国内外学者关于锈蚀钢筋力学性能的研究方法、锈蚀对钢筋力学性能的影响及锈蚀钢筋力学性能退化规律等研究现状进行了总结分析,提出了有待继续研究的问题,为进一步建立锈蚀钢筋本构模型奠定基础。     

腐蚀钢绞线和腐蚀钢筋与混凝土的粘结性能对比

为了对比腐蚀钢绞线和腐蚀钢筋与混凝土的粘结性能,通过加速腐蚀和拉拔试验得到二者的粘结特征参数和腐蚀特征,并对其进行了对比研究。研究发现,腐蚀钢绞线和腐蚀钢筋由于表面特征及微观结构的不同导致了其粘结性能的不同,主要表现在:腐蚀钢绞线的抗蚀效应更加明显,腐蚀速度更快;腐蚀钢筋的粘结滑移曲线存在一个较为明显的强化阶段,而腐蚀钢绞线却在粘结力下降后出现了相当长的水平阶段;腐蚀钢筋的极限粘结强度相对于腐蚀钢绞线退化得更快,两者的粘结刚度退化速度大致相当,而无论腐蚀与否,钢绞线的粘结刚度和残余滑移都较钢筋大。     

锈蚀钢筋的力学性能退化模型

本文主要总结与讨论了混凝土内锈蚀钢筋的锈蚀特征、力学性能退化机理等方面的研究成果,阐述了钢筋锈蚀后其名义强度与延性的退化规律,为研究和评估锈蚀钢筋的力学性能提供了依据。     

钢筋与混凝土粘结本构关系的试验研究

在钢筋与混凝土粘结性能的分析研究中,钢筋与混凝土的粘结本构关系是至关重要的。为了正确揭示钢筋与混凝土的粘结本构关系,本文首先从理论上推导了钢筋应力σs、钢筋与混凝土的粘结应力τ以及钢筋与混凝土的相对滑移s的解析表达式,并根据拔出试验数据,给出了随不同位置变化的钢筋与混凝土粘结应力和相对滑移关系,推导了反应这种变化规律的位置函数。本文还通过不同锈蚀量的光面钢筋和变形钢筋的拔出试验,得到了两种钢筋与混凝土的粘结性能随着不同钢筋锈蚀量的变化规律,根据试验结果的统计分析,给出了两种钢筋锈蚀后与混凝土的粘结强度计算公式。最后,本文给出了随时间和位置变化的钢筋与混凝土的粘结本构关系,可较全面地反映钢筋与混凝土的粘结性能。     

锈蚀钢筋疲劳后静力力学性能试验研究

通过对疲劳试验后的锈蚀钢筋混凝土梁中锈蚀钢筋的静力拉伸试验,获取相应锈蚀钢筋的力学性能参数,经分析得到钢筋锈蚀率与疲劳寿命和名义屈服强度之间的定性关系以及钢筋静力力学性能随疲劳应力幅和锈蚀率的变化规律。     

碳纤维布约束对锈蚀钢筋与混凝土间粘结性能的影响

通过外加电流加速锈蚀法获取锈蚀钢筋混凝土试件,采用横向粘贴碳纤维布的方法进行加固,设计并制作了未加固锈蚀试件、先锈蚀后加固和先加固后锈蚀三组22个试件。考虑保护层厚度、加固前或加固后的钢筋锈蚀率等因素,通过拉拔试验研究了碳纤维布约束对锈蚀钢筋与混凝土间粘结性能的影响。分析结果表明,碳纤维布的约束作用能显著提高锈蚀后钢筋与混凝土间的粘结性能,试件破坏模式由混凝土劈裂破坏向钢筋拔出破坏转变。未加固锈蚀试件极限粘结强度随着锈蚀的发展而降低;锈蚀试件采用碳纤维布加固后,由于保护层的劈裂受到约束,极限粘结强度显著提高;由于碳纤维布对锈胀力和保护层劈裂的双重约束作用,先加固后锈蚀试件的极限粘结强度随着锈蚀的发展而增大,且比同等锈蚀率的先锈蚀后加固试件更为显著。根据试验结果分别建立了不同约束条件下锈蚀钢筋与混凝土间极限粘结强度的计算模型。     

Influence of chloride corrosion on the effective mechanical properties of steel reinforcement

This paper presents a methodology to develop advanced reduction factors for the effective mechanical properties of corroded steel reinforcement of reinforced concrete (RC) members. The reduction factors (mainly developed for bare steel reinforcement) reported in the literature scatter over a large range. In this regard, critical questions arise, such as the reliability and accuracy of the reduction factors of bare steel bars to evaluate residual capacity of corroded RC structure. This paper will provide answers to these questions based on reviewing past studies and the results observed from experimental inspection of corroded steel reinforcement carried out in this research. The results show using the reduction factors of bare steel bars to estimate residual capacity of corroded RC structures is not safe because they are significantly lower than the reduction that happens in real corroded RC columns.     

Prediction of the residual load-bearing capacity of naturally corroded beams using the variability of tension behaviour of corroded steel bars

This paper shows the residual behaviour of a highly corroded beam stored under sustained load in a chloride environment for 28 years. A non-corroded beam of the same age was also kept under sustained loading but in a non-aggressive environment as a control beam. Both beams were subjected to a three-point bending experiment until failure. The lower tensile reinforcement was extracted so that the tension properties of the corroded bars could be investigated. The yield strength, ultimate strength and ultimate strain of the corroded bars followed a normal distribution. Both the average value and the characteristic value of the yield strength, ultimate strength and ultimate strain were used to predict the residual mechanical performance of the beams. The changes in yield capacity and ultimate capacity of the corroded beam in comparison with the non-corroded beam are discussed in relation to the damage to the steel reinforcing bars. According to the variability of the residual behaviour of steel bars in tension experiment, it is possible to predict the variability in the load-bearing capacity of the corroded beams which fail due to the rupture of the tension bars.     

锈蚀钢筋与混凝土粘结性能研究述评

本文简要阐述了锈蚀钢筋与混凝土粘结性能研究的重要意义 ,分别从钢筋锈蚀机理、锈蚀钢筋力学性能、锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的研究现状等方面进行述评 ,并提出新的研究思路和研究方向。