复杂环境与荷载耦合作用下钢筋混凝土结构耐久性试验与分析

admin · 发表于 2024-2-15 21:44:59

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钢筋混凝土结构因耐久性不足而大修或拆除重建的案例频繁发生。大修会耗费巨资、拆除则产生大量垃圾，将建筑垃圾进行资源化或无害化处理费用昂贵。因此，提高混凝土结构的耐久性，既可节约天然的不可再生资源，也可降低能耗和保护环境，促进经济建设的可持续发展。国内外研究成果指出，引起钢筋混凝土结构耐久性退化的三个主要原因是钢筋锈蚀、冻融和化学侵蚀。针对上述三个因素，本文对化学侵蚀溶液与冻融循环交替作用下，钢筋混凝土构件的耐久性进行了系统、深入的试验研究。重点研究了化学侵蚀溶液与冻融循环交替作用下，不同持续荷载水平对钢筋混凝土构件耐久性的影响。首先对化学侵蚀液体和冻融循环交替作用下，混凝土材性和混凝土与钢筋之间粘结性能劣化规律进行了试验研究，总共对195块混凝土立方体试块、135块棱柱体试块和60个钢筋混凝土拉拔试件进行了试验。之后试验研究了化学侵蚀液体和冻融循环交替作用下，不同持续承载水平的钢筋混凝土梁正截面抗弯、斜截面抗剪和偏心受压构件的耐久性和承载力的劣化规律，共完成了30根梁、柱及相应的材性的试验。通过侵蚀溶液和冻融循环交替作用试验，掌握了混凝土材料及钢筋混凝土构件表面表观形态、裂缝发展和钢筋锈蚀的劣化规律；通过承载力试验和分析得到钢筋混凝土梁及偏心受压柱的承载能力、刚度和延性等特性在环境与荷载耦合作用下的劣化特点。在试验分析混凝土材料、钢筋混凝土构件耐久性劣化规律的基础上，提出了侵蚀和冻融非线性损伤本构关系；并采用自编的非线性分析程序进行了对比分析。在试验研究和理论分析的基础之上，给出承载力评估公式，对混凝土结构耐久性评估提出了建议。本论文的主要研究内容如下：1．提出了一套较为完整的试验室模拟环境作用、钢筋混凝土构件持续加载方法和试验方法。环境作用包括：化学离子侵蚀和冻融循环作用。针对混凝土构件的持续加载需要，设计了持载装置，并针对环境作用提出了全面阻锈和隔热改进措施，保证持载装置具有良好的环境稳定性。检测方法方面，提出了针对材料耐久性和结构耐久性试验结果检测方法。包括：超声无损检测、电镜扫描、XRD衍射、钢筋锈蚀量检测等等。整套试验程序与工程实际结合紧密、试验方法实用易行；试验数据检测维度多向、交互性好，能够达到试验分析研究的需求。2．以质量分数为3％和5％混合溶液作为侵蚀溶液，对水灰比分别为0.44、0.50、0.55的混凝土立方体和棱柱体试件分别进行了0、50、100、150、200次冻融循环试验。试验结果表明，混合侵蚀溶液与冻融循环交替作用下，随着冻融次数的增加，混凝土的抗压强度、弹性模量、相对动弹性模量等力学性能指标均大幅降低；随着水灰比的增大，劣化速度加快。3．以质量分数为3％和5％的混合溶液为侵蚀溶液，对检测钢筋与混凝土之间粘结性能的拉拔试件分别进行了0、50、100、150次冻融循环与混合侵蚀交替作用，然后进行了拉拔试验，研究钢筋与混凝土的粘结强度退化规律。试验探讨了环境作用、钢筋直径、混凝土质量对钢筋与混凝土粘结性能的影响，得到了粘结滑移曲线。在试验研究的基础上，给出了混合侵蚀与冻融环境下粘结强度的计算模型。4．以质量分数为3％和5％的混合溶液为侵蚀溶液，对持续承载钢筋混凝土梁进行了400次冻融试验，之后测定其正截面承载力。发现在侵蚀溶液和冻融循环交替作用下，随着冻融次数增加，由预加持续荷载产生的裂缝（称为“初始裂缝”，下同）都有所延伸，初始裂缝会成为承载力试验的破坏裂缝；梁的承载力、变形能力、刚度都随着持续荷载的增加而降低，且持载水平越高，降幅越大；持载水平达到70%的梁出现沿纵筋劈裂的脆性破坏；梁纯弯段的混凝土应变仍符合平截面假定。5．对不同持载水平的钢筋混凝土梁进行了300次冻融循环和海水交替作用试验，然后测定其斜截面承载力。试验研究得到以下结论：持续荷载会加速侵蚀溶液与冻融循环交替作用下钢筋混凝土梁力学性能的劣化。持续荷载水平越高，钢筋锈蚀程度越严重、梁的抗剪承载力降低越多。6．对不同持载水平的钢筋混凝土大偏心受压柱进行了300次冻融循环和海水交替作用试验，之后测定其偏压承载力，还进行了300次冻融循环和清水交替作用试验及承载力试验。试验结果表明，由持续荷载产生的柱中初始裂缝在冻融试验过程中略有发展，这些裂缝在之后的承载力试验中发展为主裂缝，且基本不出现新的裂缝；侵蚀溶液、冻融循环与持续荷载综合作用会加速降低大偏心受压构件的承载力、刚度和延性。柱承载力总体趋势是：无环境作用>有环境作用无外荷载>环境与荷载耦合作用；清水浸泡与冻融循环>海水浸泡与冻融循环；柱跨中截面混凝土应变基本符合平截面假定。7．侵蚀溶液、冻融循环与持续荷载耦合作用后，钢筋混凝土构件的承载力，可以用现行国家规范中相应的计算公式估算，但其中的混凝土强度、钢筋面积和屈服强度必须采用实测值或考虑损伤后的估算值，所计算的受弯构件承载力和偏压构件承载力与试验结果吻合较好。本文模拟正常使用阶段，承受不同比例荷载的钢筋混凝土受弯、受压构件的实际工作情况，研究环境作用对其力学性能的影响规律。研究成果主要针对相同混凝土强度和配筋情况，存在局限性，仍有很多题目有待深入研究。

复杂环境与荷载耦合作用下钢筋混凝土结构耐久性试验与分析

天涯海角也要找到Ni：复杂环境与荷载耦合作用下钢筋混凝土结构耐久性试验与分析

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