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再生混凝土因具有节约资源、保护环境等优点,已经成为当下可持续发展的新型绿色环保材料。应用于实际工程结构之前需对其结构性能进行大量试验研究。故本文以试验为主,结合理论分析方法,针对粗骨料取代率为100%的锈蚀钢筋再生混凝土的粘结滑移性能、锈蚀钢筋再生混凝土梁的抗弯承载性能与抗弯刚度进行研究,主要完成以下工作: 采用钢筋开槽内贴应变片和通电加速锈蚀的试验方法,考虑钢筋锈蚀率、钢筋外形、钢筋直径、混凝土强度等级与是否配置箍筋等五种因素,制作48块钢筋再生混凝土中心拔出试件,研究锈蚀钢筋与再生混凝土间的粘结滑移本构关系。加速锈蚀试验表明:未配箍试件的钢筋锈蚀率达到1%时,锈蚀物膨胀产生的环向应力达到再生混凝土抗拉强度,产生锈胀裂缝;配箍试件中箍筋对锈胀力的约束作用,随钢筋直径的增加有所减弱。中心拔出试验有三种典型破坏形态:(1)劈裂破坏。(2)钢筋屈服破坏。(3)拔出破坏。不配箍筋试件的极限粘结应力在锈蚀率较小范围内增加,超过临界值后逐渐变小,并趋于平缓;配箍试件在较小锈蚀率下变化很小,超过一定值后开始下降,但不会低于同条件下未配箍的极限粘结应力。配有不同直径钢筋的试件,极限粘结应力在一定锈蚀率范围内差别不明显。不配箍筋试件钢筋的应变曲线,在锈蚀率小于1.05%时,呈现上凸状态,大于1.05%时呈现下凹状态;配箍筋试件钢筋的应变曲线比不配箍筋试件的平缓,且分布均匀。微量锈蚀增强不配箍筋试件与混凝土的粘结作用。随锈蚀程度增大,钢筋与再生混凝土间的摩擦力减弱,锈胀裂缝削弱再生混凝土对钢筋的握裹作用,导致粘结应力主要集中在加载端附近;相同锈蚀率情况下,配箍筋试件粘结应力比不配箍筋试件分布均匀。采用代入滑移值方法,计算不同锚固位置的粘结应力,结合平均粘结应力计算公式,建立了考虑位置函数的锈蚀钢筋与再生混凝土的粘结滑移本构关系。 对15根内贴应变片的全梁式试件进行粘结滑移性能试验,研究锈蚀率与钢筋直径对钢筋与再生混凝土粘结滑移性能的影响。通过试验获得不同荷载作用下锚固段内钢筋应变、自由端和加载端滑移值、梁式试件破坏形态及极限承载力。建立平均粘结应力-滑移关系、钢筋应变和局部粘结应力随锚固位置分布。研究钢筋直径和锈蚀率对钢筋再生混凝土梁式试件粘结性能的影响规律。试验结果得出:随钢筋直径的增加,钢筋与再生混凝土粘结性能有所提高。锈蚀率对粘结性能影响主要分为两类:锈蚀率小于1%钢筋与再生混凝土的粘结性能随锈蚀程度增加而增强,锈蚀率大于3%后随锈蚀率增加粘结性能发生退化。依据本文试验结果建立极限粘结应力计算模型,同时引入平均粘结应力-平均滑移关系函数和位置函数,建立锈蚀钢筋与再生混凝土粘结滑移本构关系。 根据对12根锈蚀钢筋再生混凝土梁进行正截面抗弯承载力试验,分析钢筋锈蚀率对构件荷载-跨中挠度曲线、再生混凝土梁跨中应变分布等的影响。提出钢筋锈蚀后再生混凝土梁在集中荷载作用下正截面抗弯承载力的计算公式,钢筋锈蚀后再生混凝土梁抗弯刚度的计算方法。当钢筋的锈蚀率<10%时,再生混凝土梁发生适筋梁破坏,随着钢筋锈蚀率的增加,钢筋与混凝土之间的粘结力降低,试验梁的极限荷载也随之降低。通过引入锈蚀钢筋与再生混凝土之间的协同工作系数,并利用试验数据分析拟合得到协同工作系数表达式,提出了锈蚀钢筋再生混凝土梁的抗弯承载力的计算方法;当钢筋的锈蚀率>10%时,钢筋与再生混凝土之间不能建立起有效的粘结,在加载过程中钢筋与再生混凝土发生相对滑移,再生混凝土梁发生粘结破坏,提出拉杆拱模型计算其抗弯承载力,计算结果表明与试验结果吻合较好。引入钢筋应变不协调系数和钢筋应变不均匀系数,利用刚度解析法,结合混凝土结构设计规范,建立锈蚀钢筋再生混凝土梁抗弯刚度的计算方法。得到锈蚀率小于10%的再生混凝土梁在正常使用荷载作用下的抗弯刚度计算公式,刚度公式计算结果与试验结果吻合较好。 利用已有再生混凝土应力-应变关系和已建立的局部粘结滑移本构关系,对中心拔出试验进行有限元模拟。有限元模拟结果表明:锈蚀钢筋应力分布、再生混凝土应力、荷载-滑移曲线与试验结果吻合较好。用上述方法对不同锈蚀率与配筋率的锈蚀钢筋再生混凝土梁进行了有限元分析,结果表明:锈蚀钢筋再生混凝土梁的破坏形态、裂缝形态和锈蚀钢筋的普通混凝土梁相似;荷载-挠度曲线与试验结果曲线吻合较好;计算承载力与试验值之比为97.9%。