持续荷载作用下非均匀锈蚀钢筋与混凝土间粘结性能的研究

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良好的粘结性能是钢筋与混凝土共同工作的前提,是钢筋混凝土构件力学性能的保证。钢筋混凝土结构受外部侵蚀性环境影响,在服役期间内发生的钢筋锈蚀是影响粘结性能的重要因素。钢筋锈蚀将使钢筋与混凝土间粘结界面特性发生改变,甚至导致混凝土保护层的开裂、剥落、脱层,进而引起粘结性能劣化等问题。钢筋混凝土构件在服役期内往往会承受长期的外部荷载作用,在外荷载作用下钢筋锈蚀对粘结退化影响的研究更具有实际工程意义。本文针对钢筋混凝土间粘结性能的问题,以钢筋锈蚀率及持续荷载等级为因素,对钢筋锈蚀外形、时变滑移规律、锈蚀开裂破坏、粘结滑移关系进行系统的研究,主要研究内容如下:(1)基于Faraday锈蚀定律,对通电加速锈蚀中不同辅助电极布置位置下的钢筋锈蚀外形进行仿真分析。计算钢筋锈蚀层分布的不均匀状态,并与其他文献中混凝土内钢筋在自然环境下的锈蚀进行对比,以选择接近钢筋自然锈蚀的通电加速锈蚀方法。通过通电加速锈蚀试验对仿真结果进行验证,以证明仿真模型的有效性。提出在通电加速锈蚀中钢筋锈蚀分布的计算方法及控制方案。(2)通过荷载作用期间内的钢筋锈蚀试验,记录持续荷载作用下锈蚀发展过程中钢筋与混凝土的相对滑移变化,分析锈蚀及持续荷载等级对时变滑移的影响。通过对试件时变滑移率的分析,判断滑移随时间的变化趋势。(3)基于弹性力学理论,计算钢筋非均匀锈蚀导致混凝土开裂的最大锈蚀深度。根据混凝土开裂后锈蚀产物对裂缝的填充情况,推导钢筋锈蚀程度与混凝土表面裂缝宽度之间的关系公式,并以现有文献中试验数据对其进行验证。绘制持续荷载作用下锈蚀开裂试件的裂缝分布图,研究荷载作用对锈蚀裂缝分布规律的影响。(4)通过弯曲粘结试验,记录各试件的荷载与滑移数据,并绘制粘结应力-滑移曲线,分析持续荷载等级及锈蚀率对粘结滑移曲线的影响。通过对极限粘结强度及峰值滑移的分析,研究粘结滑移曲线的特征。计算粘结破坏能量,从能量的角度分析粘结性能的劣化。
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