锈蚀环境下钢纤维混凝土的粘结疲劳性能研究

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在实际工程中,由于钢筋锈蚀导致钢筋混凝土结构耐久性不足失效破坏的现象很普遍,在重复荷载作用下,由于不断的加载卸载,促使钢筋混凝土之间粘结损伤的累积,滑移量的不断增长,导致钢筋与混凝土之间粘结性能的退化。但是综合国内外已有的试验研究,发现对于重复荷载作用下钢筋混凝土间粘结滑移关系的研究相对较少,因此本文采用电化学锈蚀的方法对锈蚀钢筋混凝土梁的粘结疲劳性能进行了研究,鉴于钢纤维良好的增强增韧阻裂性能,在混凝土试验梁中掺入钢纤维,研究重复荷载作用下锈蚀钢筋和钢纤维混凝土之间的粘结滑移关系。  通过阅读文献,并参考了大量的相关研究成果,采用9组梁式试件,利用正交试验法,分别考虑了钢纤维掺量,钢筋锈蚀率,加载水平,混凝土强度等级四个因素,从力学性能及粘结疲劳性能两个方面,对锈蚀钢筋与钢纤维混凝土之间的粘结滑移关系进行研究。  试验分析结果如下:  (1)利用电化学试验对钢筋进行锈蚀,发现钢纤维能有效的保护钢筋不被锈蚀,钢筋锈蚀发展较普通混凝土来说较缓慢。  (2)通过对钢纤维混凝土试件力学性能的试验研究,得出掺入钢纤维后,试件的破坏形态由脆性破坏转为延性破坏。随着钢纤维体积掺量的增加,钢纤维混凝土的抗压强度及抗折强度都有提高,但是提高的幅度不同,钢纤维混凝土抗折强度的提高最为明显;  (3)通过对钢纤维混凝土梁的重复加载,研究锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结滑移关系,比较得出,钢筋锈蚀率越大,加载水平越高,混凝土强度等级越低,混凝土梁试件随着荷载循环次数的增加疲劳累积损伤越严重,刚度退化越迅速,疲劳寿命越低。而钢纤维在一定程度上能够有效的改善钢筋混凝土的疲劳性能,减缓试验梁随荷载重复次数增加而累积损伤和刚度减弱的速度。  (4)得出了梁式试件在重复荷载作用下的粘结滑移曲线,粘结应力和滑移量在一次加载,卸载过程中绘制一条滞回曲线。由于残余滑移量的累积,随着荷载重复次数的增加,滞回环逐渐向右移动,除了第一个和最后几个接近破坏时的滞回环,中间滞回环的上升段和下降段斜率变化不大。  (5)得出了试验梁在重复荷载作用下,峰值滑移和残余滑移量随加载次数,加载循环比的变化关系。在重复加载的情况下,滑移量的增长呈现三阶段的发展关系,第一阶段为快速发展阶段,对于普通混凝土来说此阶段占整个疲劳寿命的10%,对于掺入钢纤维的混凝土梁此阶段占20%,第二阶段为滑移量稳定发展阶段,第三阶段为临近破坏阶段,占整个疲劳寿命的10%,。  (6)通过对重复荷载作用下钢筋与混凝土之间相对滑移量的研究,试验数据拟合得到峰值滑移量和残余滑移量与第一次加载下的峰值滑移和残余滑移的经验公式。同时验证了粘结疲劳破坏准则,即重复荷载下的滑移量累积增加到静载下的最大滑移量,即会发生粘结疲劳破坏。  (7)根据实验结果,基于相关疲劳寿命的研究,提出疲劳寿命的预测模型。利用滑移量三阶段的发展规律,提出滑移量与循环比三阶段发展关系。基于加载水平与疲劳寿命的研究理论,绘制不同钢纤维掺量,不同钢筋锈蚀率,不同混凝土强度等级下的S-logN曲线。
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