锈蚀框架边节点抗震性能试验研究

从探索老化钢筋混凝土结构抗震性能角度出发，利用人工气候环境加速锈蚀实验技术对常规钢筋混凝土框架结构边节点模型试件进行加速锈蚀，然后通过施加周期往复加栽的方法模拟地震作用对加速锈蚀后试件及未锈蚀控制试件进行对比试验．基于试验结果，初步探讨了混凝土中钢筋锈蚀对梁柱节点抗震性能的影响，认识到锈蚀钢筋不但减弱其自身截面和力学性能，而且促成钢筋和混凝土间黏结性能退化以及构件有效截面削弱，从而表现出构件整体抗震性能退化．     

锈蚀钢筋混凝土黏结滑移本构模型及数值模拟应用

为研究纵筋与箍筋共同锈蚀对钢筋混凝土黏结性能的影响,采用电渗—恒电流—干湿循环的加速锈蚀方法对25个钢筋混凝土（RC）试件进行锈蚀,进而对其进行拉拔试验,研究了纵筋锈蚀、箍筋锈蚀、保护层厚度和箍筋间距等参数对黏结性能的影响规律。分析了锈蚀对混凝土与钢筋界面间黏结力的影响,将黏结性能退化归因于材料性能退化和约束效应退化,基于试验数据,建立并验证了一个考虑设计参数、纵筋及箍筋共同锈蚀的修正黏结滑移本构模型。结合所提本构模型及微元算法建立了锈蚀纵筋应力-滑移模型,基于OpenSees平台,将所建模型应用于零长度截面单元中,通过串联纤维梁柱单元与零长度截面单元建立了考虑黏结滑移变形的锈蚀RC构件数值模型,根据锈蚀RC柱拟静力试验数据对该模型的准确性进行验证,并采用仅考虑锈蚀损伤的纤维模型进行辅助验证。结果表明:混凝土与钢筋界面间黏结力随锈蚀程度的增加呈先上升后下降的趋势,增加保护层厚度可略微增加黏结强度,而箍筋加密对黏结强度提升明显;与纤维模型相比,所建锈蚀RC纤维模型承载力、累计耗能和极限位移误差分别降低12.8%、23.5%和14.2%,表明所建模型可合理计算钢筋滑移的贡献且准确预测锈蚀RC柱地震整体响应。     

锈蚀不锈钢筋与混凝土黏结性能退化

通过不同锈蚀率下不锈钢筋混凝土试件的中心拉拔试验,分析锈蚀率、锈胀裂缝宽度对不锈钢筋/混凝土黏结性能退化的影响规律,分别基于质量锈蚀率和表面裂缝宽度建立不锈钢筋与混凝土黏结强度的预测公式,并与普通钢筋混凝土黏结性能进行对比分析. 研究结果表明：类似普通钢筋混凝土黏结退化规律,锈蚀不锈钢筋黏结强度随锈蚀率增大呈先增后减趋势,但拐点锈蚀率较普通钢筋更大;不锈钢局部坑蚀具有较强的随机性,使得锈胀裂缝宽度与锈蚀率的关系较为离散,与基于锈蚀率的黏结退化模型相比,基于表面锈胀裂缝宽度的模型可以更好地预测不锈钢筋与混凝土黏结强度的退化规律,工程实用性更强;在相同锈蚀程度下,不锈钢筋黏结强度退化程度较普通钢筋小,现有的普通钢筋黏结退化模型可以用于不锈钢黏结强度的预测,具有一定的安全保证.     

锈蚀钢筋与混凝土间黏结性能试验

为研究锈蚀对钢筋与混凝土间黏结性能的影响,制作20个中心拉拔试件.通过电化学加速锈蚀得到理论锈蚀率为0%、0.5%、1%、2%、5%的拉拔试件,完成了不同锈蚀率下钢筋与混凝土的拉拔试验.从钢筋几何外形特征与混凝土强度在锈蚀过程中变化的角度分析了锈蚀率对极限黏结强度的影响,以割线刚度的方法定量研究了锈蚀率对黏结刚度的影响.阐述了锈胀裂纹、黏结刚度及试件破坏模式随锈蚀率变化的规律.试验结果表明:随着锈蚀率增大,钢筋与混凝土间的黏结强度、黏结刚度呈现先增大后减小趋势.黏结刚度的退化与锈胀裂纹的出现具有一定相关性.通过整理国内外学者黏结强度退化数据,得到了两段式黏结强度退化试验模型及一定程度上可供工程参考的黏结强度退化保守模型.最后,基于两段式黏结-滑移模型得到了不同锈蚀率下钢筋与混凝土间黏结-滑移本构模型.     

试件尺寸对锈蚀钢筋与混凝土间黏结性能的影响

为研究试件尺寸(立方体试件边长为10D,钢筋直径D=14、20、25 mm)对锈蚀钢筋与混凝土间黏结性能的影响,通过电化学加速锈蚀方法,获得了7组不同钢筋锈蚀率(0%、0.5%、1.0%、2.0%、5.0%、8.0%、10.0%)的中心拉拔试件.分析了试件尺寸、锈蚀率等影响因子作用下钢筋与混凝土间黏结性能的变化规律.结果表明:随着锈蚀率的增加,试件尺寸越大其锈胀裂纹出现越早且最大锈胀裂纹越宽;各试件的黏结强度、黏结刚度均随混凝土的恶化及锈蚀率的增加呈现出先增长后逐渐削减的趋势,黏结能量则随锈蚀率的增加而逐渐下降,且较大尺寸试件(D=25 mm)的黏结性能受锈蚀率的影响更为显著;锈胀裂纹出现前,试件自由端峰值滑移、黏结能量下降较为缓慢;当锈胀裂纹出现后,其自由端峰值滑移、黏结能量急剧下降,而后随着锈胀裂纹的加宽,其下降速率趋于平缓.基于试验结果,建立了不同锈蚀率下残余黏结应力与试件尺寸的关系式.     

钢筋混凝土结构开裂时刻的钢筋锈胀力模型

用快速锈蚀实验的方法研究了混凝土试件在出现顺筋裂缝时刻的钢筋锈蚀率与钢筋直径、混凝土等级与保护层厚度之间的定量关系,并通过有限元分析计算得到了锈胀裂缝扩展到保护层表面时的钢胀力,提出了混凝土保护层胀裂时刻的钢筋锈胀力的力学模型,这将对钢筋混凝土结构的耐久性分析与设计是大有裨益的。     

高强钢筋与超高性能混凝土黏结性能试验研究

为研究高强钢筋与超高性能混凝土(UHPC)的黏结性能,考虑钢筋直径、锚固长度以及保护层厚度等因素对黏结性能的影响,设计了15组45个常温养护条件下的中心拔出试件;通过中心拔出试验,观察试件在静力荷载作用下的破坏过程、裂缝的产生、试件破坏形态以及黏结应力-滑移曲线特征等.结果表明:高强钢筋与UHPC黏结强度较大,约为48～73 MPa;与普通混凝土不同的是钢筋与UHPC的黏结强度随着钢筋直径的增加而增加;黏结强度与保护层厚度成正比,与黏结长度成反比;保护层厚度对试件破坏模式影响较大,保护层厚度较薄时,试件发生劈裂;保护层厚度较大时试件发生拔出破坏.钢筋在拔出的过程中黏结应力-滑移曲线与坐标横轴围成的面积较大,表明其耗能能力较强.基于试验结果,结合黏结机理分析提出了黏结强度计算模型以及黏结-滑移本构方程,理论计算结果与试验结果吻合较好.     

海洋环境混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析

为了实现海洋环境混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析的目标,首先给出了海洋环境混凝土桥梁耐久性退化过程中三个关键时刻的计算数学模型和截面削弱过程的模拟方法.以一座预应力混凝土连续梁为对象,利用笔者自行编写的分析程序分析了保护层厚度、大气温度、钢筋锈蚀临界氯离子浓度、混凝土表面氯离子浓度和混凝土强度等设计参数对混凝土桥梁耐久性能的影响程度.结果表明：在整个退化过程中,保护层厚度对整个过程都有显著影响,钢筋锈蚀临界氯离子浓度和混凝土表面氯离子浓度对钢筋开始锈蚀时刻影响明显,大气温度和混凝土强度则对钢筋锈蚀速率有一定影响.增大保护层厚度和减小混凝土渗透性可明显改善海洋环境中混凝土桥梁的耐久性能.     

锈蚀钢筋与混凝土间粘结力和滑移量静力分析

建立了锈蚀钢筋与混凝土间粘结力和滑移量静力分析模型,利用复势函数方法和线性本构滑移模型,获得了反平面剪切载荷作用下锈蚀钢筋混凝土界面上,不同点的粘结力和滑移量封闭形式解析解。研究了钢筋锈蚀率、钢筋直径、混凝土保护层厚度、反平面剪切载荷、箍筋间距和箍筋直径对锈蚀钢筋与混凝土间粘结力和滑移量的影响,为进一步研究锈蚀后钢筋混凝土结构的力学性能提供理论依据。     

钢筋混凝土梁电化学锈蚀及受弯承载力试验研究

设计电化学加速锈蚀试验,对钢筋混凝土梁进行加速退化,并对混凝土梁中钢筋锈蚀程度进行宏观、定量评定. 通过对试验梁锈蚀后的加载试验,研究了钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁受弯承载力的影响. 试验结果表明:钢筋锈蚀对于钢筋混凝土梁的破坏形式和受弯承载能力有影响;严重的钢筋锈蚀对梁的刚度有明显的影响;钢筋对弯曲裂缝开展的抑制作用随着锈蚀程度的加深而降低.     

锈蚀钢筋与高强再生混凝土的黏结性能试验

为研究锈蚀钢筋与高强再生混凝土之间的黏结滑移性能,采用通电加速锈蚀法获得36个中心拉拔钢筋被锈蚀的试件并进行中心拉拔试验.试件设计参数有5个:再生粗骨料取代率、钢筋外形、钢筋直径、锚固长度和钢筋锈蚀率.依据试验结果,对试件的黏结破坏形态和每个设计参数对锈蚀钢筋与高强再生混凝土间黏结性能的影响进行分析.结果表明:锈蚀钢筋与高强再生混凝土间的黏结破坏形式有3种,即钢筋拔断、钢筋拔出和混凝土劈裂;高强再生混凝土与锈蚀后螺纹钢筋间的黏结强度要明显高于锈蚀后光圆钢筋;锈蚀钢筋与高强再生混凝土间的黏结强度,随着再生粗骨料取代率的增加整体呈减小趋势,随着钢筋直径的增大而减小,随着锚固长度的增大而减小,随着钢筋锈蚀率的增大而减小,但当钢筋锈蚀率达到某一界限后这种减小便不明显.     

人工气候环境下锈蚀混凝土梁的结构性能退化研究

在影响钢筋混凝土耐久性的众多因素中，钢筋腐蚀引起的混凝土结构过早破坏，已成为其中的一个主要原因．采用加速试验方法能在较短的时间内推测其几十年的性能．通过采用人工气候环境加速锈蚀方法，研究了锈蚀钢筋混凝土梁的承栽力、延性及其结构性能退化机理．结果表明钢筋锈蚀特征与恒电流加速锈蚀情况存在很大不同，随着锈蚀率的增大，锈蚀钢筋混凝土梁的承栽力和延性降低，裂缝分布越来越稀疏且分布趋于不均匀，但大部分构件的破坏形态仍为正截面破坏，而对应的锈蚀裂缝宽度为0．8mm的恒电流加速锈蚀梁却发生了黏结撕裂破坏．     

ECC与钢筋黏结性能试验研究

工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composite, ECC)是一种新型混凝土材料,具有应变硬化、裂缝控制等特点,将其应用于实际工程中可显著改善结构构件的力学性能。而钢筋与ECC之间的黏结性能是两者结合共同发挥协同作用的基础,因此本文通过中心拉拔试验研究锚固长度、保护层厚度、纤维掺量对钢筋与ECC的影响。试验结果表明,锚固长度的变化对于光圆钢筋和带肋钢筋的黏结性能影响不一致,不同保护层厚度的试件发生了不同的失效模式,极限黏结应力会随着纤维体积掺量的增加有显著提高。     

钢筋直径与活性粉末混凝土粘结性能的关系

钢筋与混凝土的粘结性能的好坏对实际工程中有着重要的作用.影响钢筋与混凝土粘结性能的因素有很多,比如钢筋直径,钢筋锚固长度,钢筋保护层厚度以及钢筋的锈蚀情况等.在普通的混凝土与钢筋粘结性能的研究中,已总结出了很多成熟的规律.但是对钢筋和活性粉末混凝土的粘结性能的研究相对比较少,缺乏具体的规范.现主要通过握裹力实验,研究钢筋直径与粘结性能的关系.通过实验得出一些结论:钢筋和活性粉末混凝土的粘结强度比普通混凝土和钢筋的粘结强度大很多,滑移曲线也有更好的延性.此外研究发现粉末混凝土相比普通混凝土有着更好的抗裂性能.这些结论为以后相关设计提供参考.     

非均匀锈蚀钢筋-混凝土黏结性能试验

为探究非均匀锈蚀对钢筋与混凝土黏结性能的劣化规律,浇筑了8榀钢筋混凝土梁试件,首先通过外加电流引入钢筋锈蚀;钢筋达到设计质量损失率后停止通电,记录混凝土表面锈胀裂缝开展情况;然后对梁试件施加三点弯曲荷载以测试其黏结性能;最后梁试件黏结破坏后,将黏结区锈蚀钢筋取出进行三维扫描测试。试验结果表明:钢筋锈蚀产物体积膨胀引起混凝土保护层产生沿纵向受拉钢筋轴线方向的锈胀裂缝,且混凝土表面最大锈胀裂缝宽度与钢筋质量损失率呈对数关系;锈蚀钢筋表面存在锈坑,随着钢筋质量损失率增加到10.3%,锈坑总长度、总宽度和总深度分别显著增加了68.27、40.21、9.98 mm,即锈坑总长度随钢筋质量损失率的增加变化最为显著。基于试验结果,建立了考虑非均匀锈蚀影响的钢筋与混凝土相对黏结强度退化模型以及质量损失率与混凝土表面最大锈胀裂缝宽度的相关关系模型;并据此提出了基于混凝土表面最大锈胀裂缝宽度的相对黏结强度计算模型,且验证了模型的有效性。     

预制剪力墙中墩头钢筋预留孔灌浆连接锚固性能

为研究预制混凝土剪力墙结构中的墩头钢筋预留孔灌浆连接的锚固性能,考虑混凝土强度、再生混凝土粗骨料取代率、钢筋直径、锚固长度、预留孔直径等参数,制作了27个预制混凝土墩头钢筋预留孔灌浆连接拉拔试件和24个预制混凝土直钢筋预留孔灌浆连接拉拔试件.拉拔试验结果表明:带墩头钢筋在高强灌浆料中锚固150mm时,其极限黏结强度为直钢筋与灌浆料黏结强度的1.8倍以上,建议此种墩头钢筋锚固长度取为0.6lab;高强灌浆料与普通混凝土、再生混凝土预留孔孔壁的黏结性能良好,预制剪力墙中的预留孔直径可选择50 mm.     

锈蚀钢筋横截面积分布规律统计分析

检测确定钢筋的锈蚀特征参数是进行锈蚀钢筋混凝土结构性能评定的基础。通过电化学加速锈蚀试验获得不同锈蚀程度的钢筋,采用三维激光扫描技术建立锈蚀钢筋的三维几何模型,并提取相关的锈蚀特征参数。然后基于概率理论统计分析锈蚀钢筋平均截面锈蚀率与最大截面锈蚀率、锈蚀不均匀系数之间的相关性,建立了锈蚀不均匀系数的概率分布模型。研究表明:随着锈蚀程度的增大,最大截面锈蚀率和锈蚀不均匀系数均呈幂函数增长,并与锈蚀钢筋的直径有关;锈蚀不均匀系数服从广义极值分布,其概率分布的形状参数、尺度参数和位置参数均随锈蚀程度的增大而线性增大,并与锈蚀钢筋的直径和单元长度有关。