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四川龙泉锈后钢筋与混凝土切割间的粘结性能

四川龙泉锈后钢筋与混凝土切割间的粘结性能

  1. 锈蚀对钢筋与混凝土间粘结性能的影响机理钢筋与混凝土间良好的粘结性能是钢筋与混凝土两种不同材料共同工作的基本前提。混凝土与钢筋的粘结强度由混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶着力、钢筋与混凝土接触面上的摩擦力及钢筋表面横肋或凹凸不平处的机械咬合力三部分组成。钢筋发生锈蚀的初期

  2. 图12-17典型锈蚀预应力筋应力-应变关系

  3. 图12-17典型锈蚀预应力筋应力-应变关系

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  5. 图12-18钢筋截面锈蚀率-平均粘结强度关系


(胀裂前),钢筋锈蚀产物的膨胀作用使混凝土对钢筋的约束力增大,钢筋与混凝土间的摩擦系数也因钢筋表面(特别是光圆钢筋)变得凹凸不平略有增大,因而钢筋与混凝土间的粘结性能反而增强,参见图12-18。但随着钢筋锈蚀的进一步发展,如图12-19所示,钢筋与混凝土的界面上生成疏松的锈蚀层,破坏钢筋表面与水泥胶体之间的化学胶着力,并降低钢筋和混凝土之间的摩擦系数;变形钢筋横肋的锈损降低了钢筋和混凝土之间的机械咬合力;锈蚀产物体积膨胀导致混凝土保护层开裂甚至剥落,降低外围混凝土对钢筋的约束,以致削弱甚至破坏钢筋与混凝土间的粘结锚固作用。

图12-19锈蚀对钢筋与混凝土间粘结性能的影响

图12-19锈蚀对钢筋与混凝土间粘结性能的影响

2.锈后钢筋与混凝土间粘结强度退化规律

为了研究混凝土胀裂前锈蚀对钢筋与混凝土间粘结强度的影响规律,黄河水利科学研究院采用锈蚀钢板代替同等锈蚀程度的光圆钢筋展开面,采用垂直于钢板的外加力模拟混凝土对钢筋的约束法向力,对钢筋锈蚀程度及体积膨胀力对粘结强度的影响规律进行了系列模拟试验(图12-20(a))。试验结果表明,在同一锈蚀程度下粘结强度随着外加法向力的增加呈线性增大;在相同的法向力作用下粘结强度随着钢筋锈蚀的加剧而降低,但随着锈蚀率的增大粘结强度的降低幅度减小,参见图12-20(b)。

随着钢筋锈蚀的发展,尤其是混凝土保护层锈胀开裂后,由于锈蚀产物的润滑作用、钢筋横肋锈损引起机械咬合力的降低、胀裂后混凝土约束力的减小甚至消失,钢筋与混凝土间粘结

图12-20胀裂前钢筋锈蚀对粘结强度影响的模拟试验

图12-20胀裂前钢筋锈蚀对粘结强度影响的模拟试验

强度明显下降。同济大学半梁式粘结试验(图12-21)结果表明,与未锈构件相比,刚胀裂时和胀裂宽度为0.15mm,0.3mm,0.6mm的试件的极限平均粘结强度分别降低了16.2%,

21.4%,27.2%,51.6%,如图12-22所示。胀裂后钢筋混凝土极限平均粘结强度的计算式为

.w一kwx(12-28)式中o,x.w—分别为锈蚀前和锈胀开裂后的平均极限粘结强度;k。——考虑胀裂影响的极限粘结强度降低系数,按式(12-29)计算。

k=0.9495e1.93w(12-29)式中,w为锈胀裂缝宽度。

图12-21半梁式粘结试验装置示意图

图12-21半梁式粘结试验装置示意图

图12-22锈胀裂缝宽度对极限 粘结强度的影响

图12-22锈胀裂缝宽度对极限

粘结强度的影响

3.锈后钢筋混凝土的平均粘结应力-滑移关系

同济大学通过半梁式试验获得了锈后钢筋混凝土的平均粘结应力-滑移关系,详见图12-23。从图中可以看出,锈后钢筋混凝土的平均粘结应力-滑移关系曲线大致可分为五个阶段:

1)微滑移阶段

荷载较小时,加载端滑移很小,自由端未发生滑移,此阶段荷载-滑移曲线基本呈线性。

2)滑移段

加载至一定大小时,自由端发生滑移,说明锚固区内胶着力已丧失殆尽,此后滑移增长加快,开始呈非线性。

3)增裂段

随着荷载的进一步增大,混凝土表面的锈胀裂缝由加载端到自由端逐渐扩大,荷载稍有增加后,即达到极限荷载。

4)下降段

达到峰值后,荷载缓慢下降,滑移大幅度发展。

5)残余段

加载端滑移达到一定大小后,荷载不再下降,稳定在极限荷载的1/5左右。因此滑移段(包括微滑移段)近似用直线表示,增裂段、下降段接近二次抛物线,残余段为水平直线。对试验结果统计分析可得

.w=0.58.w,.w=0.2..w(12-30)据此获得不同胀裂宽度下的7。-5。关系,见式(12-31)~式(12-34)。图12-24给出了-s,理论模型示意图。


图12-23锈后钢筋混凝土的w-5w 关系试验曲线

图12-23锈后钢筋混凝土的w-5w

关系试验曲线

图12-24锈后钢筋混凝土的r-sw 关系理论模型

图12-24锈后钢筋混凝土的r-sw

关系理论模型

滑移段。=k15。(0≤5嘉≤S语.w)(12-31)增裂段。一kas%+ks5。+k(5a.w<5。≤5,…)(12-32)下降段,=k55%+ksw十k(5.w<5w≤5.w)(12-33)残余段。=…(5。>5.。)(12-34)式中。,s。——锈胀裂缝宽w时的粘结应力、相对滑移量;

.w,5...—一出现滑移时的粘结应力、相对滑移量;z…,s..—达到极限荷载时的粘结应力、相对滑移量;F.w,5.…——出现水平段时的粘结应力、相对滑移;k1~k——和胀裂宽度有关的常数项。假设w一k1(Sec.w+saw)/2,由临界点的连续性和极限荷载处的峰值条件可以求得,k=35.372e1683w,ka=一1.68r…'

0.8r0,w,16r0,w,_96.2-

ks=1.69k1,k,=1.2.w,k=g1g0",k6=-g]g一,

815,k7=g1 u,w。


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