单调与反复荷载下锈蚀钢筋-混凝土的粘结强度

摘要

钢筋混凝土结构是目前建筑领域应用最多的结构形式，具有易取材、整体性及耐火性好等优点。近年来，在不同环境下服役的钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀现象越来越普遍，比如海洋和近海及港区环境、潮湿环境及其他工业污染环境中的结构等。混凝土结构耐久性问题日益凸显，其引起结构的性能退化也逐渐成为土木工程研究的热点。对于钢筋混凝土结构而言，可靠的粘结是保证钢筋和混凝土两种材料协同工作的基础。而钢筋的锈蚀是引起粘结性能退化的原因之一，其主要降低钢筋—混凝土的粘结强度，从而危害结构的安全性。因此，如何评估在单调和反复荷载下锈蚀对于钢筋—混凝土粘结强度的影响尤为重要。现阶段对锈蚀钢筋—混凝土粘结强度的研究己积累一定成果，但尚存不足。理论研究方面，对单调荷载下极限粘结强度的预测模型多基于试验数据回归得到，其适用性和预测精度依赖于回归分析采纳的数据库：试验研究方面，对反复荷载下极限粘结强度的研究多基于拉拔试验，这种试件在试验过程中的受力情况与真实混凝土构件不同，因此试验结果的适用性存在一定问题。基于此，本文主要开展研究工作和结论如下： （一）基于弹塑性厚壁筒理论，提出了用于预测变形钢筋—混凝土粘结破坏形态和粘结强度理论的分析模型。模型主要考虑广义约束，即混凝土保护层和箍筋，对变形钢筋粘结劈裂裂缝扩展的影响。当给定材料参数（混凝土、钢筋强度）和几何参数（混凝土保护层、钢筋和箍筋直径），便可对变形钢筋—混凝土的破坏形态和粘结强度做出预测。经过与大量试验数据对比验证，本模型独立于既有实验数据，预测精度良好，同时应用范围更加广泛。 （二）对本文的变形钢筋—混凝土极限粘结强度理论预测模型进行深入研究，考虑锈蚀对于粘结强度的影响机理，提出了一个理论分析模型用来计算锈蚀钢筋—混凝土的极限粘结强度。模型可考虑多种参数，包括混凝土强度、钢筋直径、混凝土保护层厚度、箍筋直径和箍筋间距等的影响。通过与既有的试验数据进行对比，本模型在预测有箍筋和无箍筋两种情况下的锈蚀钢筋—混凝土极限粘结强度均具有较好的精度。同时，进行了参数分析，研究了关键参数对于锈蚀钢筋—混凝土粘结强度的影响规律。 （三）开发了一种试验装置，用以实现反复荷载下梁式构件的粘结性能测试，采用该装置，可以模拟真实的构件中钢筋和混凝土两种材料的受力特征。根据试验结果研究了反复荷载、锈蚀程度和钢筋直径等对于破坏形态、粘结强度等的影响。结果表明，随着锈蚀率的提高，极限粘结强度先上升后下降，存在临界锈蚀率。在给定锈蚀率下，每一循环内的粘结强度随着循环次数的增加而降低。同时，锈蚀率越大，恒定幅值的多次循环下粘结强度的退化更明显。

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