锈蚀钢筋混凝土梁静力及疲劳性能试验研究

论文摘要

随着钢筋混凝土结构在世界范围内更为广泛的应用,结构的耐久性问题日渐突出,钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土构件耐久性降低的重要因素之一。针对实际工程中存在大量锈蚀钢筋混凝土结构承受反复荷载作用,但其力学性能却研究不多的问题,本文通过电化学快速锈蚀的方法在对锈蚀钢筋混凝土梁进行静承载力性能试验研究的基础上,开展了锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能试验研究。此外,鉴于钢纤维在建筑工程应用中表现出的优异的受力性能,本文还进行了在混凝土中掺钢纤维的锈蚀钢筋钢纤维混凝土梁的静力和疲劳性能试验研究,以探索钢纤维对锈蚀钢筋混凝土梁在承受静载作用和循环荷载作用时的影响。通过对10根钢筋混凝土梁进行静载试验,研究分析了钢筋锈蚀率和钢纤维掺量对试验梁的承载力、荷载-挠度曲线、钢筋和混凝土应变等的影响。试验结果表明:随着钢筋锈蚀率的增大,试验梁的极限承载力和刚度均明显降低,屈强比增大,跨中钢筋与混凝土平均应变不再符合平截面假定。由于钢纤维的增强和阻裂作用,钢筋钢纤维混凝土梁的受力性能优于锈蚀钢筋混凝土梁,跨中钢筋与混凝土平均应变应变特征基本符合平截面假定。通过对8根钢筋混凝土梁进行疲劳试验,研究分析了钢筋锈蚀率、钢纤维掺量以及疲劳荷载应力水平对试验梁疲劳强度和疲劳寿命、刚度变化特征、跨中变形规律等的影响。试验结果表明:随着钢筋锈蚀率和疲劳荷载应力水平的提高,试验梁的疲劳强度和疲劳寿命显著下降;试验梁的刚度随着循环荷载次数的增加均经历了大幅提高,急剧下降和平稳发展三个阶段。掺入钢纤维可以抵消钢筋锈蚀导致的损伤作用,有效改善锈蚀钢筋混凝土梁疲劳受力性能。最后,本文分析了钢筋锈蚀和钢纤维对钢筋混凝土梁受力性能的影响机理,并提出了锈蚀钢筋混凝土梁静承载力的简化计算模型和锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳强度设计方法及疲劳刚度的计算方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 混凝土结构耐久性研究概述
• 1.1.1 混凝土结构耐久性研究背景
• 1.1.2 混凝土结构耐久性研究的主要内容
• 1.1.3 国内外混凝土结构耐久性研究现状
• 1.2 锈蚀钢筋混凝土构件耐久性研究的重要性及意义
• 1.2.1 锈蚀钢筋混凝土构件耐久性研究的重要性
• 1.2.2 锈蚀钢筋混凝土构件耐久性研究的意义
• 1.3 锈蚀钢筋混凝土构件受力性能及承载力变化研究现状
• 1.3.1 锈蚀钢筋混凝土构件静力受力性能及承载力研究
• 1.3.2 锈蚀钢筋混凝土构件动力性能研究
• 1.4 钢纤维混凝土的工程应用与耐久性研究
• 1.4.1 钢纤维在钢筋混凝土结构中的工程应用
• 1.4.2 钢纤维混凝土的耐久性研究
• 1.5 本文的提出及研究意义
• 参考文献
• 第2章 试验概况
• 2.1 试件设计与制作
• 2.1.1 试件尺寸及主要参数
• 2.1.2 试验各材料性能
• 2.1.3 试件制作和养护
• 2.2 试验主要目的及内容
• 2.2.1 静承载力性能试验
• 2.2.2 疲劳性能试验
• 2.3 电化学快速锈蚀试验
• 2.3.1 钢筋电化学快速锈蚀试验原理
• 2.3.2 钢筋快速锈蚀控制方法
• 2.3.3 钢筋锈蚀试验方案及锈蚀率计算方法
• 参考文献
• 第3章 锈蚀钢筋混凝土梁静力性能试验研究
• 3.1 试验加载及量测方案
• 3.1.1 试验装置及加载方案
• 3.1.2 测点布置及量测内容
• 3.1.3 试验步骤
• 3.1.4 试件设计参数
• 3.2 试验过程及现象分析
• 3.2.1 未掺钢纤维试件组静力试验
• 3.2.2 掺钢纤维试件组静力试验
• 3.3 试验结果分析
• 3.3.1 主要试验结果
• 3.3.2 承载力特征分析
• 3.3.3 荷载－跨中挠度试验曲线
• 3.3.4 混凝土截面应变分布特征
• 3.3.5 钢筋应变发展及分布特征
• 3.4 试验参数对试验梁受力性能的影响
• 3.4.1 钢筋锈蚀程度对试验梁受力性能的影响
• 3.4.2 钢纤维掺量对试验梁受力性能的影响
• 3.5 锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算模型
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第4章 锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能试验
• 4.1 试验加载及量测方案
• 4.1.1 试验装置及加载方案
• 4.1.2 测点布置及量测内容
• 4.1.3 试验步骤
• 4.1.4 试件设计参数
• 4.2 试验过程及现象分析
• 4.2.1 未掺钢纤维组疲劳试验
• 4.2.2 掺钢纤维组疲劳试验
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 第5章 锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能分析与设计方法研究
• 5.1 疲劳强度及疲劳寿命特征分析
• 5.2 刚度退化及损伤性能分析
• 5.2.1 截面刚度计算方法
• 5.2.2 试验梁刚度退化及损伤分析
• 5.3 跨中变形性能及特征分析
• 5.4 疲劳裂缝发展及破坏形态特征分析
• 5.4.1 疲劳裂缝发展特征分析
• 5.4.2 疲劳破坏形态特征分析
• 5.5 钢筋锈蚀及钢纤维对试验梁疲劳性能影响机理分析
• 5.5.1 钢筋锈蚀对试验梁疲劳性能的影响机理
• 5.5.2 钢纤维对试验梁疲劳性能的影响机理
• 5.6 锈蚀钢筋混凝土梁疲劳设计方法研究
• 5.6.1 疲劳设计的一般方法
• 5.6.2 疲劳强度设计计算方法
• 5.6.3 疲劳刚度计算
• 5.6.4 疲劳累积损伤计算模型
• 5.7 本章小结
• 参考文献
• 第6章 结论与建议
• 6.1 主要研究内容总结
• 6.2 本文主要结论
• 6.2.1 静载试验主要结论
• 6.2.2 疲劳试验主要结论
• 6.3 问题和建议
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢