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钢筋锈蚀对于钢筋混凝土构件的耐久性能影响巨大。锈蚀钢筋混凝土构件的承载能力研究是钢筋混凝土结构耐久性理论研究的基础。对于锈蚀钢筋混凝土构件,钢筋的锈蚀会直接导致钢筋截面面积减小、钢筋力学性能发生变化、混凝土保护层出现开裂以及钢筋和混凝土间粘结性能变化等,这些因素对于锈蚀钢筋混凝土构件的承载力影响巨大。综合分析了国内外关于锈蚀钢筋混凝土构件承载力的理论与试验研究以及混凝土结构中钢筋锈蚀的监测技术,文章紧紧围绕钢筋锈蚀这个问题作了以下的一些研究工作:
(1)本文分析了钢筋锈蚀对于混凝土构件产生的影响、钢筋锈蚀的损伤机理以及常用的一些钢筋锈蚀监测方法。
(2)本文在总结前人关于钢筋锈蚀构件试验研究的基础上,正确认识了钢筋锈蚀后力学性能变化规律。以《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中完整无锈蚀梁的承载力计算公式为基础,参考及分析相关文献资料对于锈蚀构件的处理。最终,通过考虑相关修正系数,建立了锈蚀梁的相应承载力计算公式,并且对本文设计的试验梁进行了理论计算。
(3)本文把锈蚀钢筋混凝土梁视为由锈蚀钢筋与混凝土组成的存在粘结滑移组合梁。从锈蚀钢筋与混凝土本构关系入手,分析混凝土与锈蚀钢筋的应力应变关系,以及它们之间的粘结滑移关系,粘结性能的退化。通过选取合理的单元,建立相应模型。模拟分析了钢筋和混凝土应力与应变、裂缝开展情况、挠度变化以及钢筋与混凝土相对滑移量等几个方面的结果。由于ANSYS有限元软件的裂缝模型是弥散裂缝模型,本身不能直接模拟裂缝宽度。本文按照传统的粘结滑移理论,在一个裂缝间距内,求出钢筋应变积分和混凝土应变积分之差,从而得出平均裂缝宽度。同时对比相关规范计算结果,证明了结果的有效性。
(4)本文通过分析了几种常用的钢筋锈蚀监测技术,提出基于PPP-BOTDA分布式光纤传感技术的钢筋锈蚀监测方案。基于对布里渊散射光频移与光纤应变和温度的关系研究,对锈蚀梁的应变进行在线监测。对比传统电阻应变片测试结果、计算机模拟结果以及理论计算结果,发现试验可靠性较好,适用于工程实际。