保护层厚度及钢筋位置对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能影响的试验研究

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随着钢筋混凝土结构耐久性问题的日益凸显,对其产生的原因及其所引起的结构性能退化已成为工程界研究的热点。其中,因各种原因引起的钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土耐久性破坏的首要原因。另一方面,通过对大量地震灾害的调查发现,大震作用下粘结锚固的破坏成为钢筋混凝土结构破坏的主因,由此可见钢筋混凝土结构的薄弱环节即构件的连接部位强度丧失和刚度降低的关键在于该部位粘结性能的丧失。钢筋锈蚀不仅会造成钢筋截面的损失和力学性能的降低,更重要的是会造成钢筋与混凝土粘结性能的退化,从而危及钢筋混凝土结构的耐久性和安全性能。因此,深入明确地讨论钢筋混凝土的粘结性能随钢筋锈蚀程度发展的变化规律,对现役结构构件实际承载性能的评定和耐久分析具有重大的工程实际意义,并且能为以后建筑物耐久性设计提供理论指导。首先,本文根据钢筋锈蚀原理,利用氯盐溶液作为电解液对保护层厚度(c=30mm和c=50mm)、钢筋位置(梁底边中部和梁底边角部)不同的共24根配箍的梁式试件进行6种不同锈蚀程度的加速锈蚀试验。观测不同锈蚀率下锈胀裂缝的发展状况,试验发现锈蚀率相近的试件保护层厚度越小锈胀引起的内裂缝越早到达试件表面,试件表面就越早开裂;钢筋放置在梁底角部的试件锈胀裂缝主要出现在梁的侧面并且出现较早。而且在通电加速锈蚀过程中发现混凝土表面开裂后,在电流不变的情况下恒流电源的电压减小,由此可见混凝土保护层对减缓锈蚀具有重要意义。其次,采用四点弯曲加载方式对试件进行试验,研究钢筋锈蚀程度、混凝土保护层厚度、钢筋位置对钢筋与混凝土之间粘结破坏特征的影响。试验结果表明,24根梁式粘结试件均呈现了延性破坏的特征,这是由于配置了箍筋的原因。可见即使其他条件不同但箍筋配筋率相同,其破坏特征变化并不明显,可见箍筋对钢筋与混凝土粘结破坏时的模式有较大的影响。但是随着锈蚀率增大,粘结破坏逐渐表现出一定的拔出破坏特征。随后,对试验结果进行分析发现自由端发生初始滑移时的荷载与极限粘结强度随锈蚀率、钢筋位置、保护层厚度变化的规律类似:即锈蚀率小于特定临界值时,这两个指标较未锈蚀试件有提高,超过特定临界值时其随锈蚀率提高而降低,侧面及底面保护层厚度减小二者均降低。而且本文结合本次试验结果和以往国内其他学者的研究成果,对试验数据进行回归分析拟合得到了考虑锈蚀率、相对保护层厚度等多因素影响的极限粘结强度计算公式。最后,对相对滑移和粘结应力的分析表明,裂缝的开展情况对各试件自由端和加载端相对滑移、粘结应力和相对滑移沿锚固长度分布起着决定作用。其中开裂较严重的试件如锈蚀率较大的试件或钢筋位于角部的试件自由端和加载端相对滑移值相差较小,加载后期自由端相对滑移值甚至超过加载端相对滑移值,并且裂缝越密集粘结应力沿锚长的分布波动越多。接下来,对开裂较为不明显试件M1、M2分析得到锚固位置函数,分析可知该锚固位置函数可做为裂缝间位置函数。结合考虑多因素作用的平均粘结应力滑移本构关系得到考虑锚固位置影响的粘结滑移本构关系。
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