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.     

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.     

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。     

带肋钢筋与套筒约束灌浆料黏结性能试验

为套筒约束灌浆料在预制装配式结构中应用提供理论依据,进行了45个带肋钢筋锚入套筒约束灌浆料中的拉拔试验,研究了试件破坏形态和黏结强度的变化规律,拟合钢筋与套筒约束灌浆料间黏结滑移本构关系,并给出本构关系中各特征点的黏结强度和滑移值计算公式,计算了钢筋在套筒约束灌浆料中达屈服强度和极限强度的临界锚固长度.试验结果表明:随着钢筋直径增大,试件极限承载力增大,黏结强度总体呈增大趋势;随着锚固长度增大,试件极限承载力增大,但黏结强度降低;当套筒含钢率为13.78%~18.51%时,含钢率的增加对钢筋与灌浆料的黏结强度提高作用较小;由于灌浆料不含粗骨料,使钢筋在灌浆料中达黏结强度对应的滑移值大于钢筋在各种混凝土中达黏结强度对应的滑移值.试件黏结滑移曲线能量分析表明:钢筋直径、锚固长度增大,试件脆性系数总体呈降低趋势,表明试件延性提高;由于套筒的约束,灌浆料与钢筋的锚固长度大大减小.     

带肋钢筋与灌浆料黏结性能试验

为灌浆料在预制装配式结构及加固改造领域提供理论依据,进行了27个带肋钢筋-灌浆料拉拔试验,研究了试件的破坏模式和黏结强度随变量的变化规律,分析了灌浆料开裂、压碎过程及与过程相对应的典型黏结-滑移曲线各阶段.基于试验数据,拟合了灌浆料黏结锚固强度公式、黏结强度对应的滑移值公式和黏结应力-滑移关系式,提出了钢筋在灌浆料中的锚固长度经验值.结果表明:随着保护层厚度增大,试件平均黏结强度不断增大,相比于混凝土,保护层厚度增大相同幅度,灌浆料黏结强度增长慢;随着钢筋直径增大,平均黏结强度减小;随着钢筋锚固长度增加,试件平均黏结强度降低,相比于自密实混凝土,锚固长度增加相同幅度,灌浆料黏结强度增长快;强度等级相同时,灌浆料黏结强度高于普通混凝土;钢筋与灌浆料间黏结性能和钢筋与混凝土间黏结性能有差异.     

再生混凝土与锈蚀钢筋间的粘结性能试验研究

为了探究再生混凝土结构的耐久性能,对5组不同钢筋锈蚀率(0~9%)的再生混凝土梁式试件进行加载试验。分析不同钢筋锈蚀率对再生混凝土梁式试件的钢筋应变、局部粘结应力、粘结滑移和极限粘结应力的影响。结果表明:钢筋锈蚀率大于3%时试件底部开始有细微锈胀裂缝出现;锈蚀率越大,荷载作用下钢筋应变沿锚固位置的变化曲线越平缓;局部粘结应力沿锚固段呈现出双峰分布,峰值主要集中在加载端和自由端附近;加载端附近位置滑移现象最先发生,远离加载端滑移现象延后;随着钢筋锈蚀率的增大,极限粘结强度先增加后降低,极限荷载下的滑移值增大。     

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。     

钢筋混凝土梁中锈蚀钢筋粘结性能的试验研究

采用梁式粘结试件研究了钢筋锈蚀对钢筋与混凝土之间粘结性能的影响.通过干湿交替来模拟海洋环境的潮汐和浪溅区,对钢筋施加外部直流电加速钢筋腐蚀,从极限粘结强度、自由端滑移、锈胀开裂前后的破坏形态以及锈胀裂缝对粘结强度的影响等方面研究了锈蚀钢筋与混凝土的粘结特性.结果表明,当腐蚀水平低时,钢筋与混凝土之间的粘结有一定程度的提高,极限粘结强度增加,而在极限粘结强度时的滑移随腐蚀程度增加而降低;锈胀开裂后,随着腐蚀水平的增加,钢筋与混凝土的粘结逐渐退化,粘结强度减小,破坏脆性特征明显.     

反复荷载下锈蚀黏结退化的RC结构数值模拟

为了反映钢筋锈蚀对混凝土结构抗震性能的影响,从黏结滑移本构关系出发,推导了钢筋屈服滑移量的计算公式,对考虑节点屈服应变渗透的黏结滑移恢复力模型进行修正;通过引入锈蚀钢筋黏结滑移本构关系,提出了考虑钢筋锈蚀引起黏结退化的黏结滑移恢复力修正模型.利用修正模型,引入锈蚀钢筋本构关系,在OpenSees平台下,对钢筋不同程度锈蚀下的组合件进行了反复荷载作用下的数值模拟,结果与基于试验的受腐蚀混凝土构件恢复力模型的分析结果吻合良好,证明数值模拟方法合理可行.数值分析表明,同时考虑黏结滑移和锈蚀钢筋本构关系的改变,当锈蚀率超过3%时,锈蚀的影响即已明显.     

基于非均匀锈蚀的带肋钢筋黏结性能

根据钢筋的非均匀锈蚀特征,研究锈蚀带肋钢筋与混凝土间的黏结性能.基于未锈蚀带肋钢筋黏结强度的微观受力模型与均匀锈蚀带肋钢筋黏结性能模型,考虑钢筋的实际锈蚀为非均匀锈蚀,利用弹性力学方法建立带肋钢筋黏结强度的预测模型,推导出锈蚀带肋钢筋与混凝土间的极限黏结强度.分析无横向约束的锈蚀钢筋极限黏结强度,对混凝土开裂时刻钢筋的临界锈蚀深度进行预测.试验结果与理论预测结果吻合良好,采用该模型可以较准确地反映钢筋实际锈蚀后黏结强度的变化情况.     

钢筋混凝土构件锈蚀开裂与锈胀力分析

为合理确定锈胀力大小及其变化规律,研究混凝土保护层在锈胀作用下的开裂过程,提高混凝土结构使用寿命. 在考虑混凝土材料受拉软化和损伤效应的基础上,通过改变保护层厚度、钢筋直径、混凝土强度等参数,对钢筋锈胀引起的混凝土开裂过程、锈胀力分布和变化过程进行了有限元模拟和分析. 结果表明:均匀锈蚀下钢筋圆周上各处锈胀力分布并不均匀,明显受到内部裂缝的影响;锈胀力在裂缝贯通前达到峰值,之后快速下降最终保持稳定;保护层厚度c和钢筋直径d对锈胀的影响为线性关系,且统一用c/d值表征这两个参数是合理的,c/d值越大保护层完全开裂时的锈胀力和锈蚀率也越大,即延缓了保护层开裂. 基于锈胀力与c/d值的变化关系提出了最大锈胀力公式,并通过试验数据比对验证了最大锈胀力公式的有效性与精度.      

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.     

富含砖粒再生混凝土与钢筋黏结滑移性能研究

为研究富含砖粒再生混凝土与钢筋间的黏结滑移性能,通过对48个富含砖粒立方体试件进行拔出试验,研究了再生混凝土立方体抗压强度、钢筋类别、钢筋直径等因素对黏结滑移性能的影响规律。结果表明:再生混凝土的强度值越大,单位滑移值对应的载荷值越大,荷载-滑移曲线越陡峭;当混凝土强度和钢筋直径都相同时,变形钢筋(HRB400级钢筋)的黏结应力约为光圆钢筋(HPB300级)的1.55～1.75倍。通过超声检测损伤,提出了考虑损伤参数的再生混凝土与钢筋间的黏结滑移损伤本构模型。     

钢筋-再生混凝土黏结滑移性能试验

为研究钢筋与再生混凝土界面黏结性能和本构关系,考虑再生粗骨料取代率、再生细骨料取代率、钢筋类型、钢筋直径、锚固长度的影响,设计了15个梁式试件进行钢筋-再生混凝土黏结滑移性能试验.综合分析上述变量对荷载-滑移曲线、黏结强度、黏结效率的影响规律,给出了黏结-滑移本构关系的建议.结果表明:随再生粗骨料取代率增加,钢筋与混凝土之间的黏结强度减小,而抗滑移能力增强;再生细骨料的加入,导致再生混凝土的黏结性能明显退化;螺纹钢筋与再生混凝土的黏结强度约为光圆钢筋的2倍;钢筋与再生混凝土的界面黏结性能随着钢筋直径和锚固长度的增加而降低;建议的钢筋-再生混凝土的黏结-滑移本构关系和参数,与试验结果拟合较好.     

锈蚀钢筋再生混凝土梁力学性能试验研究及ANSYS分析

通过对钢筋通电加速锈蚀的方法,对12根不同钢筋锈蚀率下粗骨料取代率为100%再生混凝土梁的三分点加载试验,分析相同强度条件下不同钢筋直径和锈蚀率的再生混凝土梁力学性能的影响。结果表明：当钢筋锈蚀率小于10%时,钢筋与再生混凝土的粘结强度足以保证两者能够共同工作,此时试验梁发生材料强度破坏模式;当钢筋锈蚀率超过了10%时,钢筋与再生混凝土的粘结强度不足以保证两者共同工作,此时试验梁发生粘结失效破坏模式。基于ANSYS有限元软件对不同钢筋锈蚀率的再生混凝土梁进行模拟分析,并对锈蚀钢筋再生混凝土梁跨中截面的荷载应力关系曲线进行验算,通过有限元结果与试验结果对比,验证了有限元分析模型的可靠性。