煤矿环境与荷载耦合作用下钢筋混凝土柱力学性能退化规律研究

摘要

在煤矿环境与荷载的耦合作用下，钢筋混凝土柱出现不同程度的损伤劣化，部分柱出现严重损伤劣化，而柱是竖向承重构件，柱的破坏往往比其他构件破坏的后果更严重。为掌握钢筋混凝土柱的力学性能退化规律，在本课题前期研究成果的基础上，对试验构件和模拟环境等因素进行改进，加入荷载因素，使之与模拟煤矿环境进行耦合。对劣化与损伤劣化混凝土材料、锈蚀钢筋、劣化与损伤劣化钢筋混凝土柱进行了试验研究，主要结论和成果如下：
　　1.得到劣化混凝土试件的抗压强度和弹性模量的退化规律。在前2个劣化周期，混凝土试件的抗压强度和弹性模量逐渐增高，在3-6个劣化周期，试件的抗压强度和弹性模量逐渐降低。在微观结构方面，随着劣化周期的增加，劣化与损伤劣化柱样品中的侵蚀元素和劣化产物逐渐增多。劣化与损伤劣化柱的芯样抗压强度呈现下降趋势，损伤劣化柱的下降程度较为明显。
　　2.得到劣化与损伤劣化柱的锈蚀钢筋力学性能退化规律。在前3个劣化周期，随着锈蚀率的增加，钢筋的屈服强度和极限强度呈下降趋势，但下降的趋势比较缓慢；随着腐蚀周期的增加，钢筋的锈蚀率逐渐增大，劣化柱的钢筋锈蚀率增长地较慢，损伤劣化柱的钢筋锈蚀率增长较快。
　　3.得到劣化与损伤劣化柱的试验过程形态发展及破坏特征。劣化与损伤劣化柱的形态发展及破坏形态总体差异不大。差异主要表现在裂缝的发展和受压区的破坏形态。随着周期的增加，加载过程中的裂缝发展速度加快，裂缝的宽度加大，劣化与损伤劣化柱破坏时的裂缝条数有减小趋势，最终破坏时的受压区形态更加突出。损伤劣化柱表现地更为明显。
　　4.得到劣化与损伤劣化柱的承载力退化规律。劣化柱的承载能力在第1周期略有升高，随着劣化周期的增加，劣化柱的承载能力逐渐降低。而损伤劣化柱的承载能力一直降低。得到劣化初期劣化与损伤劣化柱承载能力的理论计算公式。
　　5.得到劣化与损伤劣化柱的变形能力的退化规律。随着劣化周期的增加，劣化与损伤劣化柱变形能力有降低趋势，损伤劣化柱的变形能力降低程度较为明显。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景和意义（Research Background and Significance）

1.2劣化混凝土材料性能研究现状(Present Studies on Material Properties of Deteriorated Concrete)

1.3锈蚀钢筋力学性能研究现状(Present Studies on Mechanical Properties of Corroded Steel)

1.4劣化钢筋混凝土柱力学性能退化规律研究现状(Present Studies on Mechanical Properties Degradation Law of Deteriorated RC Columns)

1.5存在问题(Existing Problems)

1.6研究内容及技术路线(Contents of Study and Technology Road)

2 研究方案总体设计

2.1 煤矿环境模拟(Simulation of Colliery Environment)

2.2 施加荷载设计(Load Design)

2.3 试验周期安排(Test Cycle)

2.4 研究方案设计(Research Scheme Design)

2.5 腐蚀劣化程度界定（The Degree of Deterioration of Corrosion）

3 劣化与损伤劣化混凝土材料性能试验研究

3.1试验方案(Test Program)

3.2抗压强度（Compression Strength）

3.3弹性模量（Elastic modulus）

3.4 碳化深度（Carbonization depth）

3.5元素含量分析（Element Content Analysis）

3.6 物质组成分析（Material Composition Analysis）

3.7电镜扫描分析（Electron Microscope Scanning Analysis）

3.8芯样抗压强度（Core Sample Compressive Strength）

3.9本章小结(Summary)

4锈蚀钢筋力学性能试验研究

4.1 试验方案(Test Program)

4.2钢筋锈蚀率(Steel Bar Corrosion Rate)

4.3钢筋屈服强度和极限强度退化模型(Degradation Model of Yield Strength and Ultimate Strength of Steel Bars)

4.4 钢筋锈蚀率增大规律（Corrosion Rate of Reinforcing Steel Bar）

4.5本章小结(Summary)

5未劣化钢筋混凝土柱力学性能试验研究

5.1试验方案(Test Program)

5.2 破坏过程及破裂特征(Failure Process and Fracture Characteristics)

5.3承载能力（Carrying Capacity）

5.4 变形能力（Deformability）

5.5本章小结(Summary)

6劣化与损伤劣化钢筋混凝土柱力学性能试验研究

6.1 试验方案(Test Program)

6.2 劣化过程及状态(Deterioration Process and State)

6.3 破坏过程及破坏特征(Failure Proess and Fracture Characteristics)

6.4承载能力（Carrying Capacity）

6.5变形能力（Deformability）

6.6 本章小结(Summary)

7劣化与损伤劣化钢筋混凝土柱力学性能退化规律

7.1柱的破坏形态(Failure Characteristics of Test Columns)

7.2承载能力退化规律(Law of Degradation of Bearing Capacity)

7.3变形能力退化规律(Law of Deformation Capacity Degradation)

7.4本章小结(Summary)

8 结论与展望

8.1 主要结论(Main Conclusion)

8.2 展望(Prospects)

参考文献

作者简历

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