ECC加固锈蚀钢筋混凝土柱抗震性能研究

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长期处在恶劣环境中的钢筋混凝土柱由于碳化、氯离子侵蚀等原因容易产生钢筋锈蚀现象,钢筋锈蚀会降低钢筋与混凝土的粘结性能,产生锈胀裂缝,造成结构抗震性能退化难以满足现行抗震规范的要求,需要对其修补加固才能满足现行抗震规范要求继续使用。高韧性纤维增强水泥基复合材料(Engineering Cementitious Composites:ECC)是一种以乱向纤维作为增强材料的高性能材料,能够提高水泥基体的韧性,提高建筑结构的延性和变形能力,目前主要应用在既有结构的加固中。本文进行了锈蚀带肋钢筋与ECC粘结性能试验、锈蚀光圆钢筋与ECC粘结性能试验和锈蚀带肋钢筋除锈后与ECC粘结性能试验,分析钢筋锈蚀率、粘结锚固长度、钢筋直径、纤维体积掺量和沙漠砂种类等因素对粘结性能的影响,并进行了粘结韧性指数的计算。进行了轴压比为0.18和0.3的未锈蚀钢筋混凝土柱和锈蚀钢筋混凝土柱的抗震性能试验研究,并在此基础上研究了 ECC加固锈蚀钢筋混凝土柱的抗震性能,对比分析轴压比和加固方法对锈蚀钢筋混凝土柱的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性和耗能能力等的影响,并进行了 ECC加固锈蚀钢筋混凝土柱恢复力模型计算。研究结果表明:(1)锈蚀带肋钢筋与ECC的粘结应力-滑移曲线可分为四个阶段;锈蚀带肋钢筋与ECC的粘结强度随钢筋锈蚀率的增大先增大后减小,存在钢筋临界锈蚀率使得锈蚀带肋钢筋与ECC的粘结性能最优;锈蚀带肋钢筋与ECC的粘结强度随钢筋粘结锚固长度的增大而减小,随钢筋直径的增大而减小;当纤维体积掺量为2%时,ECC材料抗压强度、抗拉强度达到最大值,粘结强度和残余粘结应力最大;沙漠砂种类对锈蚀带肋钢筋与ECC的粘结性能影响较小,锈蚀光圆钢筋与ECC的粘结强度随钢筋直径的增大而降低;锈蚀带肋钢筋除锈后与ECC的粘结强度随钢筋锈蚀率的增大而减小。(2)未锈蚀柱和锈蚀柱的滞回曲线呈梭形,轴压比增大,试件的滞回环面积减小,刚度退化速度加快,延性降低;锈蚀钢筋混凝土柱的抗震性能随轴压比的增大而降低,采用ECC围套加固后,锈蚀钢筋混凝土柱的变形能力、承载能力、耗能能力和延性都大幅提升;轴压比0.18时,未锈蚀柱、锈蚀柱和加固柱都有较好的变形能力和延性;柱的承载能力随轴压比增大而提高,但柱的变形能力和延性随轴压比增大而降低;根据试验结果建立的恢复力模型骨架曲线和根据理论计算建立的恢复力模型骨架曲线总体变化趋势相符。(3)ECC面层加固使内部混凝土处于三向受压状态,不同程度提高了柱的抗震性能;加固面层对内部柱约束作用的强弱对提高锈蚀钢筋混凝土柱的抗震性能起到重要作用,ECC面层全柱加固较半柱加固对柱内部混凝土的约束作用更强,延性、耗能能力和刚度均强于半柱加固。(4)复合加固层中的纤维格栅、钢筋笼和CFRP布加载时变形能够大量吸收和耗散能量,显著提升构件的抗震性能,其中,ECC内嵌钢筋笼复合加固对锈蚀钢筋混凝土柱的抗震性能提升最为显著;加固方式对柱的承载能力影响有限,但对柱的初始刚度影响较大;加固过程中合适的施工方法和良好的施工质量对加固效果有较大影响。
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