生锈钢筋与混凝土粘结性能研究

作     者：向玄 

作者单位：三峡大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王青

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：钢筋混凝土 中心拉拔试验 有限元分析 粘结应力 滑移 

摘      要：钢筋的锈蚀是混凝土结构劣化的主要原因。这种恶化对残余强度的影响是确保混凝土结构安全运行的关键。虽然近年来已经进行了大量的研究来开发、预测钢筋混凝土结构使用寿命的模型,但是主要集中在新建筑和使用寿命的起始阶段,直至钢筋锈蚀开始,讨论钢筋先锈蚀后埋入混凝土对在建结构后续使用寿命阶段的强度的影响的研究较少。本文针对钢筋先锈对混凝土粘结性能影响展开精细化的试验研究和理论分析,提出粘结应力与滑移新的求解方法,得出不同试件外形下锈蚀程度与粘结应力、滑移值的关系,揭示钢筋先锈下粘结性能演化的规律。在钢筋经历不同锈蚀周期后,分析锈蚀周期与质量损失率、基于MATLAB图像处理的钢筋相对锈蚀面积之间的关系,发现带肋钢筋的锈蚀程度高于光圆钢筋,两种钢筋最大的相对锈蚀面积均到达90%,钢筋全面锈蚀。分析了各类试件不同相对锈蚀面积的拉拔破坏形态与试件自由端、加载端的荷载-滑移曲线,说明生锈钢筋与混凝土粘结性能不存在锈胀力这是本课题研究与以往研究的重要不同。对试件的平均极限粘结应力进行了分析,同时由于钢筋与混凝土间粘结应力计算的复杂性,本文在前人研究基础上提出一种新的粘结应力计算方法:通过钢筋微端的平衡条件,建立钢筋微段平衡方程。根据试验中测得各点应变拟合出应变随锚固深度分布函数,并对其求导后代入平衡条件中,即可求得粘结应力随锚固深度分布函数。分析了不同锈蚀程度试件的粘结应力峰值位置与大小,发现带肋钢筋试件粘结应力峰值稳定在锚固位置0.1l与0.9l附近,论述了钢筋与混凝土之间的应力传递速度逐渐变小是粘结应力曲线发生较大变化的原因。对试件的平均极限滑移值进行了分析,同时使用ABAQUS仿真分析了光圆钢筋试件混凝土的受力情况,在界面处输入试验所得锚固段粘结应力分布函数,建立拉拔试件模型,得到界面混凝土的应变,进而计算得到界面处各点钢筋与混凝土的相对滑移量。得到不同相对锈蚀面积下滑移曲线的分布规律,分析曲线离散性的原因。通过分析不同试件外形对平均极限粘结应力、平均极限滑移值的影响,发现圆柱体试件外形的平均极限强度数据较均匀;讨论了多轴受力范围与试件对称性对带肋、光圆钢筋试件平均极限滑移值、不均匀系数的影响。基于ABAQUS仿真,从界面混凝土应变、界面混凝土不均匀系数等方面分析试件外形对其的影响。分析了不同外形下光圆钢筋试件混凝土的受力状态与受压部分沿锚固长度变长的原因;研究光圆未锈试件在不同载荷等级下下?值与锚固深度之间的关系、不均匀系数变化幅度与试件外形的关系。