外包型钢加固箍筋锈蚀混凝土柱恢复力模型研究

为研究外包型钢加固后箍筋锈蚀混凝土柱的恢复力模型,对9根不同箍筋锈蚀率、体积配箍率的各混凝土柱进行通电锈蚀,锈蚀完成后加固,进而进行低周往复荷载试验。对各试验试件的骨架曲线及滞回曲线进行分析。在完好试件恢复力模型特征参数计算的基础上,对数据进行拟合回归,给出了外包型钢加固后箍筋锈蚀混凝土柱的退化三线型恢复力模型,并提出了不同因素作用下特征参数的计算公式。结果表明:箍筋锈蚀柱经外包型钢加固后各抗震性能指标有显著提升,破坏特征点明显滞后于完好试件,且以剪切破坏为主。通过对比分析,所得模型与试验结果吻合较好,能很好地反映外包型钢加固柱的滞回特性,为此类柱恢复力模型的计算提供参考。

混凝土柱中箍筋锈蚀影响纵筋压屈行为分析

为了估算箍筋锈蚀对混凝土柱剩余承载力的影响,利用能量原理推导了锈蚀箍筋抗拉刚度和锈蚀纵筋抗弯刚度退化情况下纵筋压屈模态的计算模型;列出了锈蚀纵筋压屈的1阶、2阶和3阶模态所对应的临界刚度系数Kcr,n;提出了根据箍筋锈蚀率推断纵筋压屈模态的判别式,其理论计算结果与计算机仿真试验结果能很好吻合.基于197根锈蚀钢筋的压屈试验,建立了锈蚀纵筋压屈模态与承载力之间的函数关系.所提出的计算模型可为既有混凝土柱剩余承载力评估中考虑箍筋锈蚀因素提供依据.

箍筋锈蚀钢筋混凝土梁数值模拟

依据试验结果,运用有限元软件对均布荷载作用下箍筋锈蚀钢筋混凝土梁作了弹塑性数值模拟计算。根据分析结果,对其抗剪机理及破坏时裂缝形式了探讨,揭示了随箍筋锈蚀率的变化,钢筋混凝土梁的抗剪极限承载力劣化,破坏裂缝形式发生变化。为今后进行数值试验和影响因素分析作了初步研究。

箍筋锈蚀约束混凝土力学性能退化数值模拟

为研究箍筋锈蚀对约束混凝土的影响,运用ABAQUS有限元软件对不同锈蚀率箍筋约束混凝土轴心受压构件进行分析,并引入配箍特征值λv表征箍筋不同锈蚀率ηs对构件的影响。分析结果表明:随着箍筋锈蚀率的增大,约束混凝土的承载力和变形能力均有不同程度的下降。通过对数据的回归分析,建立了箍筋锈蚀后约束混凝土应力-应变模型。

箍筋锈蚀影响因素分析

钢筋锈蚀是影响混凝土耐久性的首要因素,基于目前国内外对钢筋锈蚀的研究现状,对比工程实际中箍筋锈蚀相对纵筋锈蚀程度更严重的现象,从箍筋锈蚀机理、混凝土材料自身特点及正常使用条件下混凝土构件的带裂缝工作状态出发,分析了以上各因素对箍筋锈蚀速度的影响,为今后进一步研究箍筋锈蚀问题提供参考。

矩形箍筋锈蚀后核心混凝土应力场分析与有效侧向约束的确定

对钢筋混凝土结构中箍筋锈蚀的研究在国内外还处于起步阶段。作为钢混结构中最先发生锈蚀的筋种,箍筋的锈蚀率往往较之主筋要大,不仅削弱了对核心混凝土的侧向约束,其锈蚀膨胀产生的应力场对核心混凝土的力学性能也会有较大的影响。本文以钢筋混凝土中钢筋锈蚀的相关实验研究成果和理论分析为基础,对矩形箍筋锈蚀后核心混凝土应力场分布做出了理论分析,并对核心混凝土所受有效侧向约束效应做了理论分析,建立了计算公式。

箍筋锈蚀对斜截面安全度的影响

基于箍筋锈蚀程度比纵向受力钢筋锈蚀程度严重,很大程度影响钢筋混凝土受弯构件抗剪能力。借鉴文献相关理论,建立钢筋混凝土构件中箍筋锈蚀对斜截面安全度影响的计算模型,为正在服役的相关的钢筋混凝土提供安全使用的理论依据。

锈蚀箍筋矩形柱轴压承载力试验及理论研究

为探究箍筋锈蚀对钢筋混凝土矩形柱轴压性能的影响,以截面形状、箍筋布置、体积配箍率、锈蚀程度为变化参数,设计了27个钢筋混凝土矩形柱试件,并采用全浸泡电化学加速锈蚀法对其中的18个试件进行加速锈蚀。通过轴压试验研究了试件的破坏形态及各参数对其力-位移曲线的影响。结果表明:随着箍筋锈蚀率的增加,试件的初始刚度、极限承载力及延性均有所降低。试件的配箍率越低,其极限承载力降幅越显著。而后,基于锈蚀箍筋约束混凝土峰值应力、纵筋压屈模态下剩余承载力及保护层锈胀剩余承载力模型,建立了锈蚀箍筋约束混凝土矩形柱的极限承载力计算模型。通过预测值与试验值的对比,验证了模型的准确性与适用性。该模型可为锈蚀钢筋混凝土结构的剩余承载力的计算及安全评估提供指导。

碳纤维复材网格增强玻璃纤维复材套筒加固箍筋锈蚀钢筋混凝土短柱轴压性能

通过13根碳纤维增强复合材料(CFRP)网格增强玻璃纤维增强复材(GFRP)套筒加固箍筋锈蚀钢筋混凝土(RC)短柱轴压试验,研究了CFRP网格层数和箍筋锈蚀率对箍筋锈蚀钢筋混凝土短柱荷载-轴向位移曲线、极限承载力、破坏形态的影响规律。研究结果表明:加固柱破坏时整体表现为脆性破坏;GFRP套筒加固使箍筋锈蚀RC柱极限承载力最高提升59.4%,CFRP网格作为增强材料使加固柱极限承载力最大提升87%;CFRP网格层数相比箍筋锈蚀率对加固柱的荷载-轴向位移曲线产生的影响更大,且层数越多,曲线在弹塑性阶段的强化程度越明显;采用CFRP网格包裹的加固试件极限承载力随网格层数的增加而递增,极限承载力随箍筋锈蚀率的增大,增长幅度呈现下降趋势。研究结果可以为实际箍筋锈蚀桥墩加固提供试验依据。

锈蚀箍筋约束混凝土压弯构件恢复力模型优化

箍筋锈蚀后受其约束的钢筋混凝土构件承载能力、强度、刚度都降低,塑性、延性变差,影响了构件的抗震性能。研究基于恢复力模型,考虑到箍筋锈蚀后约束混凝土应力-应变关系的改变,建立锈蚀箍筋约束混凝土压弯构件的退化三线型恢复力模型,并进行有限元分析。结果表明,按照构建的恢复力模型计算得到的骨架曲线、滞回曲线与试验结果较为接近,由此得出该模型有效。

基于锈蚀箍筋约束的加固柱抗震性试验

在钢筋混凝土结构中,由于材料的锈蚀,混凝土构件的抗震性能会出现明显退化。为了研究箍筋锈蚀对加固柱抗震性能的影响,本文设计制作了8个钢筋混凝土试件,试件采用外包钢和CFRP材料加固处理,将处理后的试件进行低周往复荷载试验,根据试验结果分析不同加固材料、包裹方式、黏结材料下锈蚀箍筋约束混凝土柱的抗震性能指标。研究结果表明:(1)与未锈蚀柱相比,加固后的箍筋锈蚀柱以弯剪破坏为主,CFRP材料的承载力较高,但破坏时延性不如CFRP加固试件;(2)外包钢加固对箍筋锈蚀柱抗震性能的提升最大,CFRP加固次之;整包加固优于环包加固,环氧树脂胶黏结略优于水泥基灌浆料黏结。

锈蚀箍筋约束混凝土加固柱抗震性能分析

为研究加固后锈蚀箍筋约束混凝土柱的抗震性能,设计16个钢筋混凝土矩形柱,对加速锈蚀后的试件采用外包钢及CFRP、GFRP材料进行加固处理,随后开展低周往复荷载试验,以研究不同加固材料、不同加固包裹方式、不同黏结材料等因素对锈蚀箍筋约束混凝土柱滞回曲线、骨架曲线、刚度衰减、延性性能及耗能能力等抗震性能指标的影响。研究结果表明:(1)与未锈蚀柱相比,加固后的箍筋锈蚀柱以弯剪破坏为主,CFRP加固试件较GFRP加固试件具有更高的承载力,但破坏时延性不如GFRP加固试件;(2)外包钢加固试件、CFRP加固试件、GFRP加固试件的耗能能力较未锈蚀试件分别增大222.3%、123.9%、98.5%,延性系数也相应增大45.3%、22.3%、25.6%。总之,外包钢加固对箍筋锈蚀柱抗震性能的提升最大,CFRP加固次之,但优于GFRP加固;整包加固优于环包加固;环氧树脂胶黏结略优于水泥基灌浆料黏结。

锈蚀钢筋混凝土黏结滑移本构模型及数值模拟应用

为研究纵筋与箍筋共同锈蚀对钢筋混凝土黏结性能的影响,采用电渗—恒电流—干湿循环的加速锈蚀方法对25个钢筋混凝土(RC)试件进行锈蚀,进而对其进行拉拔试验,研究了纵筋锈蚀、箍筋锈蚀、保护层厚度和箍筋间距等参数对黏结性能的影响规律。分析了锈蚀对混凝土与钢筋界面间黏结力的影响,将黏结性能退化归因于材料性能退化和约束效应退化,基于试验数据,建立并验证了一个考虑设计参数、纵筋及箍筋共同锈蚀的修正黏结滑移本构模型。结合所提本构模型及微元算法建立了锈蚀纵筋应力-滑移模型,基于OpenSees平台,将所建模型应用于零长度截面单元中,通过串联纤维梁柱单元与零长度截面单元建立了考虑黏结滑移变形的锈蚀RC构件数值模型,根据锈蚀RC柱拟静力试验数据对该模型的准确性进行验证,并采用仅考虑锈蚀损伤的纤维模型进行辅助验证。结果表明:混凝土与钢筋界面间黏结力随锈蚀程度的增加呈先上升后下降的趋势,增加保护层厚度可略微增加黏结强度,而箍筋加密对黏结强度提升明显;与纤维模型相比,所建锈蚀RC纤维模型承载力、累计耗能和极限位移误差分别降低12.8%、23.5%和14.2%,表明所建模型可合理计算钢筋滑移的贡献且准确预测锈蚀RC柱地震整体响应。

混凝土保护层损伤规律与箍筋锈蚀分析

制作了30个钢筋混凝土棱柱体,进行了干湿交替循环与自然暴露相结合的腐蚀试验。研究了箍筋锈蚀引起的混凝土保护层损伤劣化,并进一步讨论了保护层厚度、箍筋直径和箍筋间距对箍筋锈蚀的影响。结果表明:保护层厚度、箍筋直径和箍筋间距越小,箍筋锈蚀程度越大,混凝土保护层损伤越严重,即锈胀裂缝宽度越大,且箍筋直径对箍筋锈蚀的影响最为显著。

箍筋锈蚀的配斜筋混凝土梁抗剪试验

为研究箍筋锈蚀对配斜筋混凝土梁抗剪性能的影响,通过外加恒电流法加速钢筋锈蚀,进行了6根锈蚀梁和1根无锈蚀梁的抗剪试验,分析了相同剪跨比下箍筋锈蚀对其破坏形态、斜裂缝开展、挠度、钢筋受力及抗剪承载力等方面的影响。试验结果表明:在剪跨比为1.75的情况下,箍筋锈蚀和斜筋的存在对试验梁破坏形态影响较小,但随着锈蚀率的增加,弯剪斜裂缝数量减少,延伸长度变短;箍筋锈蚀引起的混凝土截面损伤对斜裂缝宽度开展、挠度及斜向开裂荷载均有显著影响;箍筋锈蚀对斜筋受力有较大影响,随着锈蚀程度的增加,斜筋承担的剪力相应提高;当箍筋锈蚀率小于7%时,试验梁抗剪承载力略有提高;在箍筋锈蚀率大于11%以后,配斜筋梁抗剪承载力下降幅度明显小于无斜筋梁;锈蚀梁的抗剪承载力有限元数值模拟结果与试验结果较为吻合。

箍筋锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力分析

为研究箍筋锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能退化规律,在考虑质量损失影响的基础上,对48根混凝土中自然锈蚀光圆钢筋试件进行轴向拉伸试验。结果表明:钢筋试件大多断面整齐,基本无颈缩现象,表现为脆性破坏;随着质量损失的增大,钢筋的屈服平台缩短甚至消失,极限变形显著减小。经回归分析,建立了自然锈蚀光圆钢筋的强度退化模型。考虑钢筋锈蚀对箍筋截面面积和力学性能及混凝土截面的影响,基于《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)以剪压破坏的受力特征为基础建立的混凝土梁抗剪承载力计算公式,提出了箍筋锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力估算公式。并且,对所提出的箍筋锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力的理论预测进行了试验验证。计算结果与试验结果吻合较好,且偏于安全。

箍筋锈蚀混凝土棱柱体试件轴心受压试验研究

通过电化学方法对方形箍筋约束混凝土棱柱体试件内箍筋进行了实验室加速腐蚀试验,得到了箍筋锈蚀程度不同的锈蚀试件,并进一步开展了箍筋锈蚀混凝土棱柱体试件的轴压试验,研究了箍筋锈蚀对混凝土棱柱体试件破坏形态的影响,分析了箍筋锈蚀造成的混凝土损伤。试验结果表明:箍筋在角部锈蚀严重,混凝土保护层锈胀裂缝在角部沿竖向发展,且随着锈蚀程度的增加,裂缝宽度加大;锈蚀产物在混凝土保护层与核心区混凝土界面上的堆积,降低了混凝土保护层对构件承载力的贡献;箍筋锈蚀程度对试件的裂缝发展速度、破坏形态均有影响,箍筋锈蚀越严重,裂缝发展越迅速,核心混凝土的破坏程度愈大,斜向破坏面愈明显,混凝土试件的破坏形式从延性破坏向脆性破坏转变。

箍筋锈蚀对RC框架柱耗能能力影响研究

在钢筋混凝土构件中,箍筋不仅起着钢筋骨架的作用,而且约束构件的横向变形,改善其抗震性能。箍筋锈蚀后,其截面减小和力学性能变化会导致混凝土构件的破坏形式从延性向脆性转变。从约束指标和核心区混凝土抗压强度两方面改进约束混凝土的本构关系,合理反映箍筋锈蚀对核心区混凝土的影响。并借助OpenSees软件按此本构关系添加新材料对RC框架柱进行数值模拟,研究箍筋锈蚀对构件耗能能力的影响。最后与纵筋锈蚀引起的粘结退化对构件损伤的影响进行对比,发现箍筋锈蚀对构件的变形和损伤影响不可忽略。

锈蚀箍筋约束混凝土柱低周反复荷载试验研究

通过电化学方法对混凝土柱内箍筋进行实验室加速腐蚀试验,得到箍筋锈蚀程度不同的混凝土柱试件,进一步开展了箍筋锈蚀约束混凝土柱低周往复加载试验,研究了箍筋锈蚀造成的混凝土损伤、箍筋的锈蚀形态以及箍筋锈蚀对钢筋混凝土柱破坏过程和破坏形态的影响。试验结果表明:混凝土构件中箍筋在转角部位锈蚀严重,混凝土保护层的开裂是以构件角部顺纵筋开裂为主;箍筋锈蚀产物在混凝土内的扩散、堆积导致混凝土保护层提前脱落,使其对试件承载力的贡献减弱;箍筋锈蚀程度的不同导致试件破坏过程和最终破坏形态有所差异:随着箍筋锈蚀程度的增大,试件破坏形式由延性较好的弯曲破坏向剪切脆性破坏转变;箍筋轻微锈蚀构件中钢筋与混凝土间的粘结作用不受影响。

锈蚀箍筋约束混凝土柱低周往复试验研究

为了解锈蚀箍筋约束混凝土柱的抗震性能,通过加速锈蚀试验得到8根锈蚀混凝土柱,并对其进行低周反复荷载试验,研究箍筋锈蚀后混凝土柱的受力特点和破坏机制,对比分析箍筋直径、箍筋间距等参数变化对锈蚀箍筋约束混凝土柱的承载能力、延性、滞回特性、刚度退化、强度退化和耗能等抗震性能指标的影响.结果表明:箍筋锈蚀后,混凝土受到的约束作用降低,导致混凝土柱抗震性能退化;随着箍筋锈蚀量增大,柱破坏时的极限位移减小,滞回曲线出现捏拢现象且逐渐明显,强度降低程度和刚度衰减程度均增大,延性和耗能能力降低,相同控制位移下的累计耗能量增大.