往复荷载下锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的试验研究

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钢筋与混凝土这两种材料组合使用能够相互弥补各自的缺点,其中粘结力的存在是二者共同发挥作用抵抗外部荷载的基础。而服役于恶劣环境中的钢筋混凝土结构中的钢筋极易产生锈蚀,此外某些钢筋混凝土构件在服役期间还经常承受疲劳荷载的作用,无论是外部环境的侵蚀还是疲劳损伤的逐渐累积都将引起材料性能的劣化进而直接影响到钢筋与混凝土之间的粘结性能,最终对钢筋混凝土结构的承载能力产生巨大影响。因此,针对该实际问题,本次试验共浇筑了48个尺寸为550mm×150mm×100mm的钢筋混凝土梁式试件,另外,为模拟实际工程中梁构件带裂缝工作的特点,在粘结区段人为制造了初始裂缝。在对钢筋进行了通电加速锈蚀试验以及对试件施加往复荷载之后,进行弯曲粘结试验以测试在不同锈蚀率下(0%、3%、5%和7%)以及承受不同的往复荷载幅度历史下(0%、10%、20%和30%的极限荷载)钢筋与混凝土粘结性能的变化规律。主要研究工作及结论包括:(1)弯曲粘结试验结束后,分析试件破坏状态以及裂缝发展规律,发现钢筋锈蚀会对试件破坏形态产生影响;利用无损法(半电池电位检测法)检测试件内钢筋锈蚀状况,根据半电池原位检测法的检测结果并结合判定锈蚀依据,检测结果与预期状况相符合;采用破损法检测试件内部纵筋,发现随着目标锈蚀率的增大,钢筋表面出现点蚀坑群、密集分布的锈坑以及多处形状不规则且深度较深的锈坑等不同特点,通过测量钢筋的实际截面损失率与目标锈蚀率相对比,结果发现与预期相符合。(2)根据试件在往复荷载作用下钢筋与混凝土间的滑移数据,得到了试件在往复荷载作用下钢筋混凝土间的粘结滑移曲线并分析其变化规律。试验结果表明:在往复荷载作用下,试件存在残余滑移,并且随着荷载的重复施加,残余滑移的增量越来越小;残余滑移的增长主要发生在前6个循环,而后随着往复荷载的施加,残余滑移有上升的趋势但增长缓慢;根据残余滑移变化规律,采用分段函数对其进行拟合,拟合效果良好。(3)在对钢筋进行了通电加速锈蚀试验以及对试件施加往复荷载之后,对试件进行了弯曲粘结试验,测得了钢筋与混凝土之间的粘结滑移、粘结强度变化规律,分析了钢筋锈蚀和往复荷载对粘结性能的影响。结果表明:钢筋锈蚀率以及往复荷载会劣化钢筋与混凝土之间的粘结性能。当钢筋锈蚀到一定程度后,相同锈蚀率(往复荷载幅度)下,往复荷载幅度(钢筋锈蚀率)越大,粘结强度损失率越大,对粘结性能劣化作用越明显。此外发现,钢筋锈蚀以及往复荷载耦合作用对粘结强度的劣化作用相对单一作用更为明显,可降低50%以上。(4)根据试验结果,定义了相对粘结强度以描述试件的粘结强度退化规律,考虑钢筋锈蚀以及往复荷载作用,改进原有粘结强度退化模型以及欧洲混凝土规范中粘结滑移关系模型,用试验数据进行拟合,拟合结果良好。
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