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.     

锈蚀钢筋的随机本构关系

在已有锈蚀钢筋力学性能数据库的基础上,通过锈蚀钢筋拉伸试验和数据收集进行扩充.采用三维激光扫描技术获取锈蚀钢筋的三维实体模型,提取不同位置处横截面积并分析其纵向不均匀性.结果表明:锈蚀钢筋平均截面积与最小截面积之比R服从Gumbel极值分布,且随着钢筋锈蚀的发展,其横截面积分布愈发不均匀,R的均值和均方差均变大;随着钢筋锈蚀的发展,其名义屈服强度、极限强度和极限应变均有降低,屈服平台缩短,据此建立了锈蚀钢筋的确定性本构关系.统计分析发现,不同锈蚀率下的锈蚀钢筋力学性能服从正态分布,其变异系数随着锈蚀率的增加而增大,在此基础上建立了锈蚀钢筋力学性能退化的概率模型.最终把确定性的锈蚀钢筋应力应变模型发展为随机过程模型,为锈蚀钢筋混凝土构件时变可靠性评估奠定了基础.     

混凝土中钢筋空间锈蚀特征参数的测试及分析

通过45个混凝土试件中135根光圆钢筋和带肋钢筋的加速锈蚀试验,采用研发的钢筋空间锈蚀形态测试装置和空间锈蚀特征参数分析方法,确定了混凝土中钢筋的空间锈蚀形态图像和空间锈蚀特征参数,进而定量分析了钢筋的质量锈蚀率与最大锈蚀深度、最小剩余截面积、最大截面锈蚀率和点蚀因子等空间锈蚀特征参数之间的相关性,为准确描述混凝土中钢筋的空间锈蚀分布形态提供了基础.结果表明:随着钢筋质量锈蚀率的增加,其最大锈蚀深度和最大截面锈蚀率呈线性增大,而最小剩余截面积和面积点蚀因子呈线性减小;随着钢筋最大锈蚀深度的增加,其最小剩余截面积呈线性减小;与光圆钢筋相比,带肋钢筋的非均匀锈蚀程度更高;与深度点蚀因子相比,钢筋面积点蚀因子与质量锈蚀率之间的相关性更加明显.     

锈蚀钢筋再生混凝土黏结滑移梁式试验研究

通过再生混凝土梁式试验,得到了不同钢筋锈蚀率下再生混凝土与钢筋的平均黏结应力 滑移曲线,分析了钢筋锈蚀率对不同直径钢筋与再生混凝土之间黏结滑移性能的影响。研究结果表明：钢筋锈蚀率为0%和1%时,试验梁发生劈裂破坏;锈蚀率为9%时,发生钢筋拔出破坏;锈蚀率为3%和6%时,试件钢筋拔出和混凝土劈裂破坏共同发生;锈蚀钢筋与再生混凝土间黏结应力随钢筋锈蚀率的增加而先增大后减小,锈蚀率为1%时黏结应力为最大;锈蚀率为0%和1%时,黏结应力峰值集中在加载端附近,随锈蚀率增大,黏结应力峰值靠近自由端;随锈蚀率的增加,滑移增幅变大;依据试验结果,拟合了黏结应力沿锚固区分布规律的位置函数,结合平均黏结应力 滑移本构方程,建立了可反映不同位置锈蚀钢筋再生混凝土黏结滑移的本构方程。     

基于钢筋锈损截面面积的锈胀裂缝宽度计算模型

通过锈胀裂缝宽度预测混凝土结构中钢筋锈蚀程度是一种实用的非破损检测方法。然而,针对此问题的研究采用的方法不一、参数各异,所得的结论和所建立的计算模型之间也存在较大分歧。针对大量相关研究成果进行综合分析发现,锈胀裂缝的发展与局部区域内锈蚀产物的绝对生成量之间存在直接关系,锈胀裂缝宽度随着平均锈损截面面积的增大近似成线性增大,混凝土保护层厚度和钢筋直径对其无明显影响。通过锈蚀钢筋的三维扫描建立虚拟模型,建立区段最大截面锈蚀率与平均锈蚀率的转换关系。在此基础上综合已有自然锈蚀数据,建立了基于钢筋平均锈损截面面积的锈胀裂缝宽度计算公式,可对实际工程锈胀混凝土构件中的钢筋锈蚀程度给出合理估测。     

锈蚀钢筋混凝土梁正截面承载力计算探讨

利用极限平衡公式,通过对大量试验数据的分析,计算了梁弯曲破坏时的钢筋应力,并与相应锈蚀钢筋名义屈服强度进行了比较.结果表明,在锈蚀率不是特别大、梁端锚固良好的情况下,锈蚀钢筋面积及力学性能的降低,是导致梁正截面承载力退化的主要原因,粘结性能降低对其影响不显著;构件破坏时,受拉钢筋均可达其名义屈服强度;利用与现行规范形式相同的承载力计算公式,便可对锈蚀梁的正截面承载力进行评估.     

高应变率下锈蚀钢筋力学性能试验研究

通过外加电流加速锈蚀获取锈蚀钢筋,采用三维激光扫描技术测量钢筋截面锈蚀率,并对锈蚀钢筋在应变率为2×10-4~50.00s-1时的力学性能进行试验研究.结果表明：随着平均截面锈蚀率的增大,钢筋屈服平台缩短直至消失,试件破坏均发生在最小截面,钢筋屈服荷载和极限荷载相对值呈线性降低,极限应变按指数关系衰减,弹性模量基本保持不变,但锈蚀钢筋基于最小截面的强度并没有降低.锈蚀钢筋仍存在应变率效应,随着应变率的增大,锈蚀钢筋屈服荷载和极限荷载均增大,但应变率对锈蚀后钢筋弹性模量和极限应变的退化影响不大.锈蚀越严重,应变率效应越不明显.     

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。     

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。     

带约束拉杆L形钢管混凝土短柱偏压试验研究

在钢板中部设置具有约束钢板外凸变形作用的水平拉杆,是改善异形钢管混凝土柱力学性能的有效方法。通过8个带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱试件的试验研究,分析了不同约束拉杆设置、偏心率以及荷载角下带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压性能。试验结果表明：约束拉杆延迟了钢管局部屈曲的发生,有助于L形钢管混凝土偏压短柱的承载力和延性的提高;临近或达到极限承载力后近力侧拉杆和钢管对核心混凝土的约束作用明显;偏心受压下该柱的截面应变符合平截面假定。基于带约束拉杆L形钢管内核心混凝土的等效单轴本构关系,利用纤维模型法对试件偏压极限承载力进行计算,计算结果与试验结果吻合良好。利用该数值方法对带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压性能进行参数研究。分析结果表明：钢材屈服强度、含钢率越大,N/N_u-M/M_u相关曲线向内收拢;混凝土强度和拉杆约束系数越大,N/N_u-M/M_u相关曲线向外凸出。图12表4参11     

Effects of stirrup corrosion on shear behaviour of reinforced concrete beams

Corrosion of stirrups is always more severe than longitudinal steel bars, leading to possible shear failure instead of bending failure. This paper covers the authors’ investigation on the effects of stirrup corrosion on shear behaviour of reinforced concrete beams. Based on modified compression field theory, a method of the whole process analysis was developed showing shear behaviour of reinforced concrete beams with corroded stirrups. Of particular interest was the cracking damage of concrete cross sections, the loss of cross-sectional area and deterioration of mechanical properties of corroded stirrups. After comparing analytical results with available shear test results, further analysis was carried out to investigate the deterioration of shear behaviour and the effects of corrosion degree, concrete strength, stirrup ratio and shear-span ratio. Stirrup corrosion was found to have little impact on cracking load, but shear strength and ductility decreased with the increase in corrosion degree, and shear failure was determined possible for beams originally designed for bending failure. With the decrease of concrete strength or the increase of stirrup ratio and shear-span ratio, the contribution of corroded stirrups to the shear strength of beams increased, and the shear strength and ductility caused by stirrup corrosion decreased as expected.     

等截面H型钢梁优化设计

按强度条件确定的等截面H型钢梁最经济截面是客观存在的,利用“应力水平最高”及“刚度要求”的条件重新定义最小高跨比,利用“截面积最小”及“同等耗材刚度最大”的条件推导出经济截面的新算式。该算式包含腹板高厚比限值这一重要参数,可以根据不同可靠度要求设定不同的高厚比限值,进而得到不同的经济截面。     

加速腐蚀环境下钢板表面坑蚀形貌统计规律

采用光学表面测量技术对实验室加速腐蚀钢板试件进行坑蚀表面数据采集,通过建立不同龄期的锈蚀钢板表面形貌图讨论了锈蚀钢板表面点蚀特征随腐蚀时间的变化趋势。对于以局部腐蚀为主的锈蚀钢板,通过计算证明坑蚀平均深度近似等于腐蚀平均深度,且其随时间的变化趋势可以采用新型weibull函数加以描述。经过对垂直于钢板受力方向的坑蚀截面损失率进行探究,指出可以利用正态分布模型表征其随机分布规律,并建立了模型参数与坑蚀平均深度之间关系式。最后讨论了与腐蚀时间相关的钢板屈服强度退化概率模型。     

锈损不锈钢钢筋混凝土梁受弯性能退化试验研究

为了得到海洋环境下不锈钢钢筋混凝土梁的服役性能演变规律,给结构性能评价和使用寿命评估提供可靠数据,采用加速锈蚀试验方法获取了不同锈蚀状态的不锈钢钢筋混凝土梁,开展了受弯性能试验研究,测试了纵筋的质量锈蚀率、主裂缝区域的纵筋锈蚀率和锈胀裂缝宽度,探讨了锈蚀对受弯梁破坏模式、裂缝开展和承载力的影响规律,并对不锈钢钢筋与普通钢筋混凝土梁的锈蚀特征与承载力的差异性及其主要原因加以分析。结果表明：相比普通碳素钢,不锈钢钢筋锈后形态更倾向于坑蚀,因而在相同的质量锈蚀率下,不锈钢钢筋混凝土梁承载力退化更为严重;不锈钢中铁元素含量较低,在相同的锈蚀时间下不锈钢锈蚀产物膨胀率较小,使得不锈钢钢筋混凝土构件的锈胀裂缝发展较为缓慢;由于锈胀裂缝的存在,受拉混凝土极易大块剥落,裂缝发展迅速;影响不锈钢钢筋混凝土梁受弯承载力的最主要因素是主裂缝附近区域内的不锈钢钢筋局部锈蚀率。不考虑不锈钢钢筋的非线性强化,基于锈蚀钢筋名义强度和平截面假定得到了不锈钢钢筋混凝土梁受弯承载能力计算模型,采用该模型得到的计算值与试验结果吻合较好,模型可以很好地反映锈损梁的受弯性能退化规律。     

混杂配筋混凝土梁抗弯承载力计算方法初探

钢筋和GFRP筋合理混杂布置，可较大程度地提高混凝土结构的耐久性。通过对8根梁的抗弯试验研究，证实GH冲筋、钢筋和混凝土可以很好地共同工作。依据实验结果和理论分析，提出了混杂配筋混凝土梁抗弯承载力计算方法。     

Effect of degree of corrosion on the properties of reinforcing steel bars

This paper reports results of a study conducted to assess the effect of degree of corrosion of reinforcing steel bars on their mechanical properties. Reinforcing steel bars, 6 and 12 mm in diameter, that were corroded in reinforced concrete specimens were removed and tested in tension. Results indicated that the level of reinforcement corrosion does not influence the tensile strength of steel bars, calculated on the actual area of cross-section. However, when the nominal diameter is utilized in the calculation, the tensile strength is less than the ASTM A 615 requirement of 600 MPa when the degree of corrosion was 11 and 24% for 6- and 12-mm diameter steel bars, respectively. Furthermore, reinforcing steel bars with more than 12% corrosion indicates a brittle failure.