锈蚀钢筋混凝土梁静力及疲劳性能试验研究

摘要

随着钢筋混凝土结构在世界范围内更为广泛的应用，结构的耐久性问题日渐突出，钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土构件耐久性降低的重要因素之一。针对实际工程中存在大量锈蚀钢筋混凝土结构承受反复荷载作用，但其力学性能却研究不多的问题，本文通过电化学快速锈蚀的方法在对锈蚀钢筋混凝土梁进行静承载力性能试验研究的基础上，开展了锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能试验研究。此外，鉴于钢纤维在建筑工程应用中表现出的优异的受力性能，本文还进行了在混凝土中掺钢纤维的锈蚀钢筋钢纤维混凝土梁的静力和疲劳性能试验研究，以探索钢纤维对锈蚀钢筋混凝土梁在承受静载作用和循环荷载作用时的影响。 通过对10根钢筋混凝土梁进行静载试验，研究分析了钢筋锈蚀率和钢纤维掺量对试验梁的承载力、荷载－挠度曲线、钢筋和混凝土应变等的影响。试验结果表明：随着钢筋锈蚀率的增大，试验梁的极限承载力和刚度均明显降低，屈强比增大，跨中钢筋与混凝土平均应变不再符合平截面假定。由于钢纤维的增强和阻裂作用，钢筋钢纤维混凝土梁的受力性能优于锈蚀钢筋混凝土梁，跨中钢筋与混凝土平均应变应变特征基本符合平截面假定。 通过对8根钢筋混凝土梁进行疲劳试验，研究分析了钢筋锈蚀率、钢纤维掺量以及疲劳荷载应力水平对试验梁疲劳强度和疲劳寿命、刚度变化特征、跨中变形规律等的影响。试验结果表明：随着钢筋锈蚀率和疲劳荷载应力水平的提高，试验梁的疲劳强度和疲劳寿命显著下降；试验梁的刚度随着循环荷载次数的增加均经历了大幅提高，急剧下降和平稳发展三个阶段。掺入钢纤维可以抵消钢筋锈蚀导致的损伤作用，有效改善锈蚀钢筋混凝土梁疲劳受力性能。 最后，本文分析了钢筋锈蚀和钢纤维对钢筋混凝土梁受力性能的影响机理，并提出了锈蚀钢筋混凝土梁静承载力的简化计算模型和锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳强度设计方法及疲劳刚度的计算方法。