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钢筋混凝土梁在冻融循环和锈蚀下的受弯性能研究

杜晓雷

  目前,国内外很多学者对钢筋锈蚀和混凝土冻害进行了大量研究,取得了很多研究成果,但是现有研究大多针对冻融、锈蚀等因素下钢筋或混凝土材料本身的耐久性性能变化,而对混凝土结构或构件的抗腐蚀以及抗冻性性能研究还处于初级阶段,尤其是考虑钢筋锈蚀和混凝土冻融同时作用下对钢筋混凝土结构耐久性影响的研究则更少。本论文针对钢筋混凝土受弯构件在冻融和锈蚀共同影响下的耐久性进行研究,研究成果可为我国东北地区钢筋混凝土构件在类似环境下的耐久性设计提供依据。 论文对5组共13根钢筋混凝土梁进行了试验研究,其中:普通钢筋混凝土梁1根;仅锈蚀条件下的梁3根,锈蚀率分别为3.32%、6.64%和9.96%;仅冻融条件下的梁3根,冻融循环次数分别为25次、50次和75次;先锈蚀后冻融下的梁3根,锈蚀率分别为3.32%、6.64%和9.96%,锈蚀后冻融次数相同,均为39次;先冻融后锈蚀梁3根,冻融循环次数分别为25次、50次和65次,冻融后锈蚀率相同,均为6.64%。通过对上述梁的抗弯承载力研究得出以下结论: (1)随着冻融循环次数的增加,梁表面裂缝越来越宽且表面剥落情况也越来越严重,其抗弯承载力下降幅度增大,破坏形态由塑性破坏变为脆性破坏,试件耗能能力越来越差。与普通梁相比,经过冻融循环25次、50次、75次后的梁其开裂承载力分别降低8.17%、33.4%和50%,极限承载力分别降低降低11%、36.3%和59%。 (2)随着锈蚀率的增加,由于锈胀梁表面产生的裂缝越来越大,其抗弯承载力下降幅度也越大,破坏形态由塑性破坏转变成脆性破坏。与普通梁相比,锈蚀率为3.32%、6.64%和9.96%的梁其开裂承载力分别降低8.84%、25%和50%,极限承载力分别降低5.5%、15.9%和33.5%。 (3)对于先锈蚀后冻融梁,随着锈蚀率的增加,混凝土表面杂乱无章的裂缝也越来越多,角部混凝土也越来越酥脆,抗弯承载力下降幅度先降低后增大,破坏形态由塑性破坏转变成脆性破坏。与普通梁相比,先锈蚀2天、4天和6天再冻融循环39次的梁其开裂承载力分别降低50%、50%和58.4%,极限承载力分别降低35.9%、39.8%和62.9%。 (4)对于先冻融后锈蚀梁,随冻融循环次数的增加,梁表面出现交叉裂缝的数量越来越多,抗弯承载力下降幅度增大,破坏形态为脆性破坏。与普通梁相比,先冻融25次、50次和65次后锈蚀4天的梁其开裂承载力分别降低50%、41.7%和50%,极限承载力分别降低28.2%、41.2%和67.8%。 论文还对钢筋混凝土梁的受弯承载力进行了理论计算,结果表明:当只有锈蚀或先锈蚀后冻融存在的情况下,理论计算值与试验值相差不多,但只有冻融或者先冻融后锈蚀的情况下,两者之间误差较大。此外论文还利用有限元分析软件ANSYS对试验梁进行了分析,结果表明:在只有锈蚀或只有冻融存在的情况下,ANSYS计算值与理论计算值接近,误差在5%以内,均较试验值大;当冻融与锈蚀同时存在时,ANSYS计算值介于理论值与试验值之间,且与理论计算值误差在21%到43%范围内。究其原因是理论计算主要用强度利用系数来考虑钢筋与混凝土之间粘结力的下降,而有限元分析时主要通过加弹簧单元来实际模拟钢筋与混凝土之间的粘结滑移效应。针对理论计算值与试验值相差较大这一问题,本文在试验研究的基础上提出了钢筋混凝土梁在纯冻融和纯锈蚀下的抗弯承载力计算的修正公式。 本文的研究成果可以为遭受冻融和锈蚀影响的钢筋混凝土梁的受弯承载力评估提供依据,对我国东北地区类似受力构件的设计和加固具有一定的指导意义。……   
[关键词]:钢筋混凝土梁;冻融循环;钢筋锈蚀;有限元;抗弯承载力
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:吉林大学2011年