混凝土锈胀开裂的抑制措施

钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性最重要的因素。钢筋锈胀体积膨胀,对周围混凝土产生压力,继而导致保护层的受拉开裂,出现锈胀裂缝,这对结构整体的安全性和耐久性十分有害。研究混凝土锈胀裂缝的抑制措施,对提高结构的耐久性具有重要意义。从结构构造入手,以快速通电加速纵向钢筋锈蚀的方法,研究了混凝土保护层厚度和箍筋间距对混凝土构件锈胀开裂的影响;同时通过计算机仿真,对试验构件进行了数值试验。在此基础上,建立了构件表面应力与混凝土保护层厚度及箍筋间距的相关关系,得到了不同保护层厚和箍筋间距对试件表面锈胀裂缝的影响规律。     

锈蚀箍筋约束混凝土的单轴受压试验与本构关系模型∗

为了研究揭示锈蚀箍筋约束混凝土的单轴受压特性,基于36组锈蚀箍筋约束混凝土试件的单轴受压试验,获得了不同锈蚀程度箍筋约束混凝土的应力—应变曲线试验数据,分析了箍筋质量锈损率对约束混凝土的峰值应力、峰值点应变、极限应变以及破坏形态的影响规律,并分别建立相应的计算模型,进而研究提出了锈蚀箍筋约束混凝土的单轴受压本构关系模型。结果表明:随着箍筋质量锈损率的增加,约束混凝土的峰值应力、峰值点应变和极限应变逐渐降低;箍筋体积配箍率越小,箍筋质量锈损率对峰值应力和极限应变的影响越显著;当箍筋质量锈损率分别超过15%、10%和30%左右时,大部分方形箍、棱形箍和螺旋箍在试件轴压破坏位置处发生断裂;锈蚀箍筋约束混凝土单轴受压本构关系模型的计算值与试验数据吻合较好,说明该模型能够合理描述箍筋锈蚀程度对约束混凝土单轴受压应力—应变曲线的影响规律。     

考虑黏结性退化的锈蚀PC梁抗弯承载力计算方法∗

钢绞线锈蚀降低了其与混凝土间的黏结性，导致钢绞线与其周围混凝土间的变形不协调，影响预应力混凝土梁的抗弯性能。采用快速锈蚀试验得到了不同锈蚀程度的16个有箍筋和无箍筋拉拔试件，通过拉拔试验得到了试件开始滑移及破坏时的拉拔力；回归了黏结折减系数与锈蚀率之间的关系式，并将其融入到预应力混凝土梁的抗弯承载力分析模型中，提出了考虑黏结性退化的锈蚀预应力混凝土梁抗弯承载力计算方法。试验结果表明：有箍筋试件的黏结强度大于无箍筋试件；随着钢绞线锈蚀水平的增大，箍筋对黏结强度退化的约束作用逐渐减小；黏结折减系数随锈蚀率的增加呈指数函数规律递减。将理论值与本文及已有文献中锈蚀预应力混凝土梁抗弯性能试验结果进行了比较，计算结果表明本方法预测精度较高，最大误差在6%以内，验证了本抗弯承载力计算方法的适用性，可为服役预应力混凝土桥梁抗弯承载力评估提供参考。     

集中荷载下高强箍筋混凝土梁的抗剪性能

通过8根集中荷载下高强箍筋混凝土梁的受剪破坏试验，分析了500MPa箍筋混凝土构件斜截面的剪切承载力及使用阶段的斜裂缝宽度，同时对两组配有蒙皮钢筋的混凝土梁的受剪承载力及斜裂缝宽度进行了对比分析。试验结果表明，此类构件的受力性能与普通钢筋混凝土受剪构件相同，其斜截面受剪承载力仍可按现行《混凝土结构设计规范》有关公式进行计算，并且具有足够的安全储备。同时蒙皮钢筋的配置能够有效地限制裂缝的开展，改善受剪破坏的脆性性能。     

锈蚀钢筋与再生混凝土的黏结性能试验研究

为研究锈蚀钢筋-再生混凝土黏结滑移性能,进行了30个棱柱体试件拉拔试验研究。试验参数为混凝土水胶比、混凝土再生粗骨料取代率、钢筋锚固长度、钢筋锈蚀率。基于试验结果,分析了再生粗骨料取代率、锈蚀率、锚固长度及混凝土强度对黏结滑移的影响。研究表明:再生粗骨料取代率、混凝土强度、钢筋锚固长度及锈蚀率为影响试件黏结滑移性能的关键因素;锈蚀钢筋-再生混凝土黏结破坏分为三种形式,即钢筋达极限拉力的钢筋拉断破坏,钢筋拔出的黏结滑移破坏,钢筋拔出的混凝土劈裂破坏;锈蚀钢筋-再生混凝土的黏结滑移曲线与普通钢筋-再生混凝土黏结滑移曲线相似,但随锈蚀率的增加,试件黏结强度降低;锈蚀钢筋与再生混凝土黏结强度随锚固长度的增加而减小,而黏结强度提高比例随混凝土强度的增加而减小。     

CFRP筋增强钢纤维混凝土梁受剪承载力试验与分析∗

对 CFRP 箍筋和纵筋增强钢纤维混凝土梁的受剪承载力进行研究,通过 6 根梁的加载试验研究了剪跨比、配箍率和箍筋种类对受剪承载力的影响。考虑 CFRP 纵筋与混凝土的粘结性能,建立了 CFRP 筋增强钢纤维梁受剪承载力计算方法。结果表明：①CFRP 筋增强钢纤维混凝土梁受剪承载力高,破坏前斜裂缝宽度大,破坏有明显预兆;②钢纤维可有效减小斜截面开裂后前期的 CFRP 箍筋应力,有利于箍筋强度发挥,CFRP 箍筋的极限应变可取为 0.004;③CFRP 纵筋发挥强度高,需注意锚固长度和设计使用应力,防止滑移拔出和销栓破断;④给出的受剪承载力计算方法具有较高的计算精度高。     

配置630MPa高强钢筋UHPC梁裂缝宽度试验研究∗

为研究配置 630 MPa 高强钢筋 UHPC 梁正常使用阶段裂缝宽度的计算方法，对 6 根配置 630 MPa 高强钢筋 UHPC 梁进行受弯性能试验，分析试验梁裂缝宽度、挠度及钢筋应力变化规律，建立高强钢筋 UHPC 梁裂缝宽度计算公式。研究结果表明：（1）受拉钢筋屈服前，裂缝宽度的扩展呈线性规律，裂缝数量不断增加；当裂缝宽度为 0.34 mm 时，受拉钢筋屈服，裂缝数量和间距趋于稳定，表现出较好的延性；（2）破坏时受拉钢筋均已屈服，混凝土达到极限压应变，高强钢筋与 UHPC 的配合使用可充分发挥两者优良的力学性能；（3）随着 UHPC 梁的配筋率增大， 试件承载力显著提高，正常使用阶段最大裂缝宽度减小，但延性降低，开裂荷载基本不变；（4）基于 40 组试验数据， 对 JGJ/T465—2019 规范的裂缝宽度计算公式中钢纤维对钢筋钢纤维混凝土构件裂缝宽度影响系数进行修正，建立适用于 UHPC 梁的裂缝宽度计算公式，修正公式计算值与试验值吻合良好。     

氯盐环境下钢筋混凝土构件锈胀开裂风险概率分析

为了研究时间和空间等不确定因素下钢筋混凝土构件的锈胀开裂损伤,针对氯离子腐蚀环境,将钢筋锈蚀划分为2阶段3个特征时刻,分析了锈蚀初始时间、锈胀开裂时间以及锈胀开裂至界限宽度时间的概率特征,建立了钢筋混凝土构件生命周期内锈蚀损伤的风险概率模型,讨论了锈蚀损伤影响参数的敏感性。结果表明:钢筋锈蚀对其影响因素的敏感程度依次为混凝土保护层、临界氯离子浓度、扩散系数和混凝土表面氯离子浓度;钢筋混凝土构件从发生锈胀开裂到裂缝达到界限宽度的时间很短,界限宽度的取值对锈蚀损伤的影响并不显著。     

钢筋混凝土梁裂缝宽度与裂缝深度的相关性试验研究

裂缝的出现极大地降低梁的使用寿命。裂缝宽度和裂缝深度作为裂缝的两个主要参数,目前对前者的研究相对成熟,而后者的研究甚少。通过对8根钢筋混凝土梁的静力加载试验,研究由荷载引起的结构裂缝宽度与深度的相关性发展形态,并考虑混凝土强度、保护层厚度和钢筋直径对裂缝特征的影响。结果表明:混凝土梁裂缝宽度的发展主要与钢筋配筋率有关;梁的开裂荷载与混凝土的劈裂抗拉强度有一定关系;裂缝宽度与深度的相关性大致呈三段式的发展,并拟合二者的曲线。     

基于Marc软件碳纤维筋混凝土柱轴心受压承载力研究

碳纤维筋以其轻质、高强、耐腐蚀的特点,应用到混凝土结构中可以弥补钢筋混凝土结构自重大、钢筋易腐蚀的缺点。本文在现有碳纤维筋受压试验和碳纤维筋混凝土柱受压试验的基础上,采用通用有限元软件程序M arc对试验进行模拟分析,得到较好的试验模拟结果,提出碳纤维筋混凝土柱的有限元模型,给出有关重要参数选取的建议;再通过改变材料参数,分析在不同混凝土等级、箍筋间距、碳纤维筋配筋率情况下的受压承载力变化规律。     

除冰盐环境下混凝土冻融损伤深度的试验研究

文章对除冰盐环境下混凝土的冻融损伤进行了试验研究,通过对比混凝土外观变化规律、超声设备检测结果以及混凝土触水面渗透情况来获得不同冻融循环次数下混凝土的损伤深度情况。研究结果表明,当经历20次冻融循环后,混凝土冻融损伤开始向混凝土内部扩展。当经历30次冻融循环后,混凝土冻融损伤深度向下快速发展。当经历70次冻融循环后,混凝土冻融损伤向下发展变慢。这是由于前期冻融循环造成混凝土试件顶部产生大量微裂缝足以排出由于结冰产生的开裂应力,从而减弱冻融损伤向下发展的趋势。而在实际混凝土桥梁表面由于磨损存在,冻融损伤会不断向内扩展,值得桥梁管理人员注意。另外,在90次冻融循环后,最大渗透深度达到25mm,即细观裂缝已经接近普通钢筋混凝土结构中钢筋的位置,容易引发钢筋锈蚀问题。本试验研究结果可以为北方寒冷地区混凝土桥梁的抗锈蚀设计提供依据。     

卡扣式机械连接预应力实心方桩承台节点力学性能有限元分析

介绍了一种新桩型-卡扣式机械连接预应力混凝土实心方桩,然后针对卡扣式机械连接预应力混凝土实心方桩和承台处节点试验中没有考虑的因素进行了数值模拟分析,包括预应力方桩配箍率、增加的普通钢筋配筋率以及不同有效预应力等因素,以探究这些因素对预应力方桩承台节点力学性能的影响。研究结果表明:不同箍筋间距对节点的水平最大承载能力影响较小;箍筋间距越小,对混凝土的约束能力就越大,节点水平承载力的下降段越平缓;箍筋间距越大,水平承载力的下降段越陡峭,刚度退化越快。提高有效预压应力可以提高节点处的水平承载能力;有效预应力越大,桩身会发生更大的损伤,有效预应力越小,承台会发生更大的损伤;增加普通钢筋,能有效改善预应力方桩的延性和水平承载能力;使用大直径钢筋能增加节点的锚固性能,桩身承受更多的损伤。数值模拟成果可为卡扣式机械连接混凝土实心方桩的后期改进和应用推广提供可靠的依据。     

锈胀钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

为研究锈胀对钢筋混凝土梁疲劳性能的影响,采用电化学快速锈蚀试验得到了不同锈胀程度的钢筋混凝土梁,讨论了初始锈胀裂缝的宽度及分布情况。开展了钢筋混凝土梁的静力及疲劳试验,研究了不同疲劳循环次数后梁的荷载-挠度关系、混凝土疲劳裂缝发展、疲劳寿命及失效模式。试验结果表明:相同静载水平下梁的跨中挠度随疲劳循环的增加而增大,经历相同疲劳循环后梁的刚度退化对锈胀程度敏感性大;锈胀钢筋混凝土梁混凝土裂缝数量减少、裂缝平均间距增大,锈胀程度较低梁的混凝土疲劳裂缝发展具有明显的"三阶段"特征;疲劳试验梁均发生了以纵向主筋疲劳断裂为主要标志的脆性失效形式;锈胀降低钢筋混凝土梁的疲劳寿命,锈胀引起混凝土剥离梁的疲劳寿命下降90%以上。     

箍筋间距对RC梁剪切破坏及尺寸效应的影响研究∗

箍筋间距对钢筋混凝土梁的裂缝开展及剪切延性有重要影响,但对其抗剪强度及尺寸效应的影响研究较少.采用三维细观数值模拟方法,建立了钢筋混凝土梁剪切破坏力学分析模型,研究了箍筋间距及配箍率对钢筋混凝土梁剪切破坏及尺寸效应的影响机制与规律,并重点分析了箍筋间距对钢筋混凝土梁剪切延性及尺寸效应的影响.研究结果表明:箍筋间距对剪切破坏模式及抗剪强度的影响不大,主要影响钢筋混凝土梁的剪切延性;减小箍筋间距可以有效抑制梁的脆性行为;箍筋增大梁的抗剪承载能力,同时削弱梁抗剪强度尺寸效应.此外,将模拟结果与所提抗剪强度尺寸效应理论公式进行对比分析,验证了所提公式的适用性与准确性.     

锈蚀钢筋混凝土构件反复荷载下性能退化研究

为研究地震作用下钢筋锈蚀对试件性能退化影响的规律,对6个锈蚀钢筋混凝土受弯构件进行低周反复荷载试验,得到不同锈蚀程度试件的滞回曲线及骨架曲线,分析了钢筋锈蚀对试件强度和刚度的影响。试验发现,随着钢筋锈蚀程度的增大,各试件强度退化基本呈增大趋势;低锈蚀率试件由于锈胀内力的存在,强度退化相对比未锈蚀试件和高锈蚀试件大;随着锈蚀率的增大,试件加载和卸载刚度总体上逐渐减小,且随着位移的增大而持续减小。此外,还分析了锈蚀钢筋混凝土结构刚度退化机理。成果可供锈蚀钢筋混凝土结构抗震性能研究参考。     

再生混凝土墙板单元平面外力学性能试验研究

以混凝土材料、配筋率(钢筋间距)和配筋形式为主要参数,完成了两组共12块墙板单元的平面外力学性能试验,分析了墙板的破坏形态、承载能力和挠度变化规律。研究结果表明:普通混凝土墙板与再生混凝土墙板破坏特征相似,均产生压弯破坏,但再生混凝土试件脆性更为显著;相同配筋情况下,混凝土材料对试件承载力影响不大;在低配筋率的情况下,提高配筋率(减小钢筋间距)可有效提高墙板平面外承载能力;当量配筋情况下,钢筋直径较粗、间距较大的墙板具有更高的承载能力,但变形能力较弱。     

钢筋与再生混凝土粘结性能及影响因素研究

研究并制作了一种进行钢筋与混凝土粘结滑移性能试验的新型梁式试件,该梁式试件具有同一试件分次完成左右两个不同钢筋锚固长度梁段的粘结滑移性能试验的特点。利用该装置完成了10个梁式试件、20个梁段的粘结滑移性能试验,分析了钢筋与再生混凝土之间粘结性能的影响因素,对实测粘结-滑移曲线进行了拟合,构造了本构模型。研究表明:再生骨料取代率、混凝土强度、钢筋外形、钢筋锚固长度、钢筋直径是影响试件粘结滑移性能的关键因素;与细骨料为天然砂、再生粗骨料的取代率为33%~66%的混凝土相比,钢筋与全再生粗细骨料混凝土的粘结强度明显降低;与光圆钢筋相比,变形钢筋与混凝土的粘结强度显著提高;钢筋与混凝土的粘结强度随钢筋锚固长度增大而减小;在相对锚固长度相等的条件下,钢筋直径越小,钢筋与混凝土的粘结强度越大。     

锈蚀钢筋高强再生混凝土梁抗弯性能试验研究

为了研究不同再生粗骨料取代率对锈蚀钢筋高强再生混凝土梁抗弯性能的影响,采用电化学腐蚀法获得4个钢筋锈蚀率为5%的试件,并进行抗弯性能试验。试验采用单向重复加载,研究了不同再生粗骨料取代率对锈蚀钢筋高强再生混凝土梁的破坏特征、混凝土应变、耗能及承载力的影响。研究表明:在低锈蚀率下,锈蚀钢筋高强再生混凝土梁正截面受力过程与再生粗骨料取代率无关;极限承载力随着再生粗骨料取代率的增加而稍有降低;再生粗骨料33%取代时,其耗能能力变化不大,再生粗骨料66%和100%取代时,其耗能能力随再生粗骨料取代率的增大而减小。在长期氯盐及其它有害腐蚀环境中,不宜采用100%再生粗骨料取代,且再生粗骨料取代率宜控制在30%左右。     

高强箍筋混凝土简支梁斜裂缝分形理论研究

通过对8根集中荷载作用下高强箍筋T形截面简支梁的试验研究，运用分形理论对试件中斜裂缝的出现、发育及分布特征进行了分析。结果表明：分形理论对斜裂缝自相似性有很好的量化关系。     

近场脉冲地震下考虑模型不确定性的桥梁时变抗震分析

为了研究近场脉冲地震下桥梁结构的时变抗震性能,以一座常规连续梁桥为研究对象,引入氯离子侵蚀模型,在考虑多种不确定性因素基础上,采用拉丁超立方抽样建立不同服役时期的时变模型样本,运用增量动力分析方法,从能力、需求以及倒塌等方面对算例桥梁的时变抗震性能进行了研究和评价。结果表明:近场脉冲型地震下结构的抗震需求明显大于远场地震;氯离子侵蚀导致钢筋锈蚀后力学性能发生改变,箍筋对核心混凝土约束能力减弱,锈蚀纵筋屈服强度及极限拉应变都降低,导致桥墩的变形能力下降;与地面运动的不确定性相比,模型参数的不确定性对结构的抗震需求均值及离散性影响均不大;随着服役时间延长,钢筋锈蚀加剧,桥墩出现倒塌破坏的概率加大。