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建筑结构学报 2024年第5期45卷 218-229页

作者：刘才玮闫良泰仇子文苗吉军郑春英张成龙青岛理工大学土木工程学院山东青岛266520 青岛理工大学环境与市政工程学院山东青岛266520

为研究高温下与高温后锈蚀钢筋与混凝土黏结性能退化规律,制作84个混凝土立方体试块及110个偏心拉拔试件,对立方体试块进行高温下及高温后抗压试验,对偏心拉拔试件进行高温下及高温后拉拔试验,分析温度状态(高温下和高温后)、锈蚀率(2%... 详细信息

为研究高温下与高温后锈蚀钢筋与混凝土黏结性能退化规律,制作84个混凝土立方体试块及110个偏心拉拔试件,对立方体试块进行高温下及高温后抗压试验,对偏心拉拔试件进行高温下及高温后拉拔试验,分析温度状态(高温下和高温后)、锈蚀率(2%、5%和10%)、试件尺寸(立方体、棱柱体)及箍筋数量(单肢箍和双肢箍)对黏结性能的影响,依据高温对材料性能的折减规律,得出高温下锈蚀钢筋混凝土黏结强度计算方法,提出分段式及连续型黏结滑移本构模型。研究表明:锈蚀时间为59 d且历经400℃的混凝土抗压强度降低了27.6%,温度100℃时锈蚀率为4.6%的钢筋混凝土黏结强度较常温的增大8%,温度200~400℃时黏结强度降低约9%,800℃时黏结强度损失85%;温度低于400℃时,高温下钢筋混凝土黏结强度小于高温后的,温度高于400℃时,不同温度状态下黏结强度值相近;单肢箍筋试件黏结强度较双肢箍筋试件黏结强度下降了10%,立方体(150 mm×150 mm×150 mm)试件黏结耗能是棱柱体(150 mm×150 mm×300 mm)试件黏结耗能的54%。通过比较积分绝对误差验证了模型精度,计算误差小于10%,可用于锈蚀结构火灾下的数值计算。

关键词：钢筋混凝土高温锈蚀钢筋自然冷却拉拔试验黏结性能本构模型

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锈蚀钢筋与混凝土高温下黏结性能试验研究

锈蚀钢筋与混凝土高温下黏结性能试验研究

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作者：闫良泰青岛理工大学

学位级别：硕士

钢筋与混凝土黏结性能对混凝土结构的承载与变形能力影响较大,故探究黏结性能对结构设计及安全性评估具有重要意义。为准确评估锈蚀钢筋混凝土结构在突发火灾下的结构承载力,高温作用下锈蚀钢筋与混凝土间黏结性能退化规律亟待开展。为... 详细信息

钢筋与混凝土黏结性能对混凝土结构的承载与变形能力影响较大,故探究黏结性能对结构设计及安全性评估具有重要意义。为准确评估锈蚀钢筋混凝土结构在突发火灾下的结构承载力,高温作用下锈蚀钢筋与混凝土间黏结性能退化规律亟待开展。为研究温度、锈蚀率、保护层厚度和钢筋位置对高温下黏结性能的影响,本研究制作两种尺寸的偏心拉拔试件。采用通电加速锈蚀方法得到锈蚀试件,将其在电炉中升温至目标温度后再进行拉拔试验。通过高温稳态下黏结性能变化规律研究不同温度状态下黏结性能差异。首先对立方体试块进行高温下、后混凝土抗压试验,然后分别对偏心试件进行高温下、后拉拔试验,分析温度状态(高温下和高温后)、锈蚀率(2%、5%、10%和20%)、试件尺寸(150mm×150 mm×150mm和150mm×150mm×300mm)及箍筋数量(一肢箍筋和两肢箍筋)对黏结性能的影响。最后基于试验结果,采用双相希尔模型和洛伦兹模型进行回归分析,得到不同工况的黏结应力计算式及连续型黏结-滑移模型;基于高温下与高温后黏结性能区分点,对结构抗火设计规范提出可靠建议。本文的主要研究工作如下:(1)为研究高温作用后锈蚀钢筋与混凝土黏结退化机理,设计3组(23个)钢筋位于侧边角部和8组(65个)钢筋位于侧边中部的锈蚀拉拔试件。对比分析不同温度、锈蚀率、保护层厚度、钢筋位置对锈蚀钢筋混凝土界面黏结性能的影响,分析了锈蚀钢筋混凝土高温后的破坏模式及黏结应力变化规律。根据试验数据拟合τ-s(黏结-滑移)曲线,提出考虑温度和锈蚀共同作用的黏结-滑移本构关系,此部分工作可为火灾后锈蚀混凝土结构有限元分析提供理论依据,对火灾后结构加固与修复提供数据支持。(2)为探究高温下与高温后锈蚀钢筋与混凝土黏结性能退化规律的不同,制作了84个混凝土抗压试件及167个偏心拉拔试件。对偏心试件进行高温下和高温后拉拔试验,分析温度状态(高温下和高温后)、锈蚀率(2%、5%、10%和20%)、试件尺寸及箍筋数量对黏结性能的影响。对不同温度状态的黏结强度比较分析,建立了火灾下考虑黏结滑移的极限承载力计算公式。最后得出高温下锈蚀钢筋混凝土黏结强度计算方法,提出分段式及连续型黏结-滑移本构模型,对比二种本构关系的优劣性,得到描述黏结滑移关系更为准确的本构方程。(3)基于损伤原理建立考虑尺寸效应的黏结强度计算模型,采用非线性叠加原理得到损伤后黏结-滑移本构方程。分析梁式拉拔试件与立方体拉拔试件的受力特征,对考虑黏结滑移关系的结构火灾下承载力计算提供了计算方法,根据锥楔破坏理论建立了黏结滑移本构关系带入结构计算的可靠模型。(4)基于试验结论对现有钢筋混凝土梁的极限承载力公式进行修正,得到了锈蚀梁火灾下考虑黏结的极限承载力计算公式。为将拉拔试验结果应用到结构计算公式中,确定了黏结对结构承载力的尺寸效应及黏结系数,最后通过理论计算值、试验值、模拟值对比分析,补充了现行混凝土承载力计算公式。(5)通过建立三维实体钢筋并考虑锈蚀对黏结滑移性能的影响,设置三维弹簧单元来模拟钢筋与混凝土间黏结滑移性能。首先有限元模拟锈蚀梁温度场,然后提取各节点单元最高温度,最后进行锈蚀梁火灾下挠度模拟。采用有限元模拟验证了本研究黏结-滑移本构模型的准确性,为结构抗火设计提供可靠依据。

关键词：锈蚀钢筋高温偏心拉拔试验黏结-滑移本构模型有限元分析

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锈蚀钢筋与混凝土高温后黏结性能试验研究

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建筑结构学报 2023年第3期44卷 257-267页

作者：刘才玮闫良泰巴光忠苗吉军刘延春许新春青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033 上海海事大学海洋科学与工程学院上海201306 济南城建集团有限公司山东济南250000

为研究高温作用后锈蚀钢筋与混凝土黏结退化机理,设计并制作65个钢筋位于侧边中心、23个钢筋位于侧边角部的拉拔试件。采用通电加速锈蚀方法得到锈蚀试件,然后将其在电炉中升温至目标温度,自然冷却至室温后进行拉拔试验,以研究温度、锈... 详细信息

为研究高温作用后锈蚀钢筋与混凝土黏结退化机理,设计并制作65个钢筋位于侧边中心、23个钢筋位于侧边角部的拉拔试件。采用通电加速锈蚀方法得到锈蚀试件,然后将其在电炉中升温至目标温度,自然冷却至室温后进行拉拔试验,以研究温度、锈蚀率、保护层厚度和钢筋位置对黏结性能的影响。研究表明:高温(温度不低于400℃)和严重锈蚀(锈蚀率大于6.1%)对黏结性能有弱化作用,保护层厚度对黏结破坏模式和黏结-滑移性能影响较大;微锈蚀(锈蚀率小于2.4%)可导致黏结刚度增大趋势减缓,黏结强度小幅增大或不变;在温度100~200℃之间时,黏结强度达到最大值。基于试验结果,采用Bihill模型进行回归分析,得到适合黏结-滑移全曲线的黏结应力计算式及连续型黏结-滑移模型。计算结果表明,所提出的本构模型能够对黏结应力进行较准确的计算。

关键词：钢筋混凝土锈蚀钢筋高温作用自然冷却拉拔试验黏结-滑移本构模型

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