CFRP加固锈蚀钢筋再生混凝土梁力学性能研究

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实现建筑固废资源化综合利用已成为目前急需要解决的难题。合理使用再生混凝土可以解决砂石资源短缺问题,同时也解决了建筑固废乱放置造成的环境污染问题。我国沿海地区氯离子含量高,造成钢筋极易发生锈蚀。基于建筑固废资源化综合利用与海洋环境下钢筋锈蚀问题,提出采用CFRP对锈蚀钢筋再生混凝土梁进行修复的方法,研究加固后锈蚀梁的抗弯和抗剪性能。本文制作20根钢筋再生混凝土梁,其中10根受弯破坏梁(2根未加固,8根CFRP加固),10根受剪破坏梁(2根未加固,8根CFRP加固),采用外接直流电源的方式加速钢筋锈蚀,通过控制通电时间,得到不同的锈蚀率。试验过程中在纵筋与箍筋、架立筋之间做好绝缘处理。对锈蚀之后的试件用CFRP进行正截面和斜截面的加固。基于本文的试验结果,提出适合的承载力计算公式,结合国内外现有的研究成果验证计算模型的正确性。通过ABAQUS有限元软件对CFRP加固后锈蚀钢筋再生混凝土梁抗弯及抗剪性能进行模拟。试验得到以下几点结论:1、纵筋锈蚀再生混凝土梁及CFRP加固后的梁均发生正截面破坏。箍筋锈蚀再生混凝土梁及CFRP加固后梁均发生剪切破坏,CFRP对梁的破坏形式影响不明显。CFRP加固后的再生混凝土梁破坏形式与CFRP加固后的普通混凝土梁没有明显的区别,所以可得到再生混凝土不会影响试件的破坏形式。影响梁正截面破坏的主要原因是再生砼强度、配筋率、纵筋屈服强度等因素,影响梁斜截面破坏的主要原因是再生砼强度、剪跨比、配筋率、纵筋屈服强度等因素。2、纵筋锈蚀再生混凝土梁与CFRP加固后梁承载力相比,相同锈蚀率情况下CFRP加固后梁抗弯承载力明显提高,表明CFRP能够增加纵筋与骨料之间的机械咬合力,进而能够延缓裂缝的出现和发展,宏观上表现为提高构件的抗弯承载力,同时在受弯破坏中CFRP起到的作用相当于纵筋。采用CFRP对箍筋锈蚀梁进行加固,锈蚀梁的抗剪承载力会大大增加。在受剪破坏中CFRP起到的作用相当于箍筋。3、对于受弯构件,当荷载很小时,纵筋和CFRP应变均很小。随着荷载的不断增加,两者的应变均出现明显上升的趋势,当裂缝出现后,与裂缝相交的纵筋及CFRP应变激增,原因在于:原有再生混凝土承担的力部分转变为CFRP与纵筋承担。CFRP处于截面的最外缘,所受到的拉力最大,在相同荷载的情况下,CFRP应变的增长幅度高于纵筋。4、根据试验结果绘制出在相同位置及相同荷载作用下,当锈蚀率不同时,CFRP与再生混凝土之间的界面剪应力。界面剪应力随纵筋锈蚀率的增加而增加,原因在于:纵筋锈蚀后,试件底部由于纵筋的锈蚀而产生锈胀裂缝。纵筋的锈蚀率越高,试件底部的裂缝数量越多,裂缝宽度也会越大。CFRP与再生砼之间的接触面积减少。裂缝出现后,CFRP与再生砼之间容易出现应力集中,导致CFRP与再生砼两者剥离。5、由抗弯试件和抗剪试件不同位置荷载—挠度关系曲线可知,荷载较小时,不同位置挠度相差不大,梁的整体变形小。随着荷载的增加,梁跨中挠度增长速度明显高于两端位置,梁最终破坏时整体呈现拱形形状。材料力学中简支梁挠度计算受距离边界距离的影响,跨中挠度最大,两端成对称分布。6、根据本文的试验结果,结合现有的国内外研究成果及相关规范提出CFRP加固锈蚀钢筋再生混凝土梁承载力计算方法及界面粘结应力计算方法,为工程应用提供理论依据,同时利用现有的试验结果验证模型的可靠性。7、采用CFRP加固钢筋锈蚀再生混凝土梁的试验结果,验证有限元模型的真实可靠性,通过有限元软件变化参数,探讨其他参数对试件力学性能的影响,通过有限元软件ABAQUS模拟可以得到再生混凝土强度能够提高试件抗弯承载力,试件抗剪承载力随着剪跨比得增加而降低,CFRP间距比降低试件的抗剪极限承载力。
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