钢筋的粘结退化对钢筋混凝土梁抗剪性能的影响研究

摘要

钢筋锈蚀引起的粘结退化降低了钢筋和混凝土的协同工作能力，改变钢筋混凝土（以下简称RC）构件的承载机制和破坏模式，从而危及RC结构的安全。国内外对钢筋锈蚀引起的粘结退化对RC梁的结构性能影响的研究主要集中在受弯性能方面，而对受剪性能的研究较少，然而RC梁受剪破坏无明显征兆，呈危险的脆性，因此有必要对钢筋锈蚀引起的粘结退化对RC梁的抗剪性能的影响展开系统研究。
　　本文通过实验和数值模拟研究了钢筋粘结退化区段的空间分布对RC承载机制和破坏形态等抗剪性能的影响。实验采用人工模拟钢筋粘结退化的方法制作了17根梁试件，通过三点加载试验，对RC梁试件的荷载挠度关系曲线、箍筋屈服举动、裂缝进展情况以及构件破坏形态等抗剪性能进行了调查。在实验研究的基础上，使用有限元软件Diana对RC梁试件进行了数值模拟，分析了裂缝进展，钢筋和混凝土应力分布，破坏模式等模拟结果。根据实验调查和数值模拟的结果，利用桁架、拱理论分析了纵向受拉钢筋不同粘结退化区段、不同锚固形式箍筋的粘结退化对梁承载机制的影响。研究结果表明:
　　1、纵向受拉钢筋的端部区域粘结失效比跨中区域粘结失效更为危险，虽然在承载初期出现拱结构，但由于端部粘结失效使拱结构无法持续，斜裂缝快速进展，贯穿整个截面导致构件破坏，破坏过程呈脆性，最终导致承载能力有较大幅度的下降。
　　2、在本实验范围内，环氧树脂涂膜钢筋以及镀锌钢筋（由厂家提供，广泛使用实际施工现场）的使用对梁的荷载挠度关系、斜裂缝进展、以及构件破坏形态等没有太大的影响。可以推测由于钢筋表面处理导致的纵向受拉钢筋粘结性能的整体小幅变化对RC梁的抗剪性能的影响不大。
　　3、箍筋粘结退化导致斜裂缝数量减少，斜裂缝发展加速，这在箍筋为开口型时尤为明显。在本研究的范围内，只要锚固端在承载过程中没有失效，最终箍筋都会达到屈服，无论是开口型箍筋还是闭口型箍筋，粘结退化对抗剪承载力影响都不大。
　　4、箍筋形式对斜裂缝的进展产生一定的影响，相对于开口型箍筋，闭合性箍筋对斜裂缝进展有更好的限制作用，但只要锚固端在承载过程中没有失效，则箍筋形式对梁的最终承载力影响不大。
　　5、纵向受拉钢筋粘结退化的空间分布对不同剪跨比的RC梁抗剪性能的影响程度不同。和剪跨比较小的短梁相比，剪跨比较大的长梁由于端部区间粘结退化而导致的抗剪承载力下降幅度更大，应该得以重视。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本研究的背景和意义

1．2 钢筋锈蚀RC梁抗剪性能的研究现状

1．2．1 健全RC梁的承载机制

1．2．2 钢筋锈蚀导致的粘结性能退化

1．2．3 纵向受拉钢筋锈蚀RC梁的抗剪性能研究

1．2．4 局部纵向受拉钢筋锈蚀RC的抗剪性能研究

1．3 本实验的研究方法

1．4 本文的主要工作

第二章 实验方案和试件制作

2．1 实验目的和变量

2．1．1 实验目的

2．1．2 实验参数

2．1．3 试件设计

2．1．4 加载方法及测量项目

2．2 试件制作

2．2．1 原材料的选择

2．2．2 模板制作

2．2．3 应变片的粘贴

2．2．4 粘结失效的模拟

2．2．5 构件浇筑成型与养护

2．2．6 材料的力学性能

2．3 加载试验

2．3．1 试验前准备

2．3．2 实验加载过程

第三章 长梁实验结果以及分析

3．1 纵向受拉钢筋不同位置粘结退化的影响比较

3．1．1 荷载挠度曲线比较

3．1．2 挠度分布曲线比较

3．1．3 箍筋屈服位置及斜裂缝分布比较

3．1．4 主斜裂缝进展情况比较

3．1．5 粘结退化的空间分布对承载机制的影响分析

3．2 箍筋形状以及箍筋粘结强度的影响分析比较

3．2．1 荷载挠度曲线比较

3．2．2 挠度分布曲线的比较

3．2．3 箍筋屈服位置及斜裂缝分布比较

3．2．4 主斜裂缝进展情况比较

3．3 整体粘结强度的影响比较分析

3．3．1 荷载挠度曲线比较

3．3．2 挠度分布曲线比较

3．3．3 箍筋屈服位置及斜裂缝分布比较

3．3．4 主斜裂缝进展情况比较

第四章 短梁实验结果分析及比较

4．1 不同部位粘结失效的影响分析

4．1．1 荷载挠度曲线比较

4．1．2 箍筋屈服位置及斜裂缝分布比较

4．1．3 主斜裂缝进展情况比较

4．2 整体粘结强度的影响分析

4．2．1 荷载挠度曲线比较

4．2．2 箍筋屈服位置及斜裂缝分布比较

4．3 长梁和短梁的对比分析

第五章 数值模拟及分析

5．1 解析模型以及材料本构模型

5．1．1 解析模型

5．1．2 裂缝模型

5．1．3 材料本构模型

5．2 长梁数值模拟结果分析

5．2．1 基准梁荷载挠度数值模拟结果

5．2．2 荷载挠度曲线比较

5．2．3 挠度分布关系比较

5．2．4 箍筋屈服位置数值模拟比较

5．2．5 裂缝分布及开展

5．3 短梁数值模拟结果分析

5．3．1 基准梁荷载挠度数值模拟

5．3．2 荷载挠度曲线数值模拟比较

5．3．3 裂缝分布及开展

5．4 数值模拟结果总结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢