箍筋作用及二次受力下CFRP加固对锈蚀钢筋混凝土梁受弯性能的影响

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混凝土结构在长期使用过程中,受到各种环境或人为因素的作用,会发生结构损伤和材料老化等现象,这种损伤的累积会引起混凝土结构耐久性降低、承载力下降、性能退化等。其中,由氯离子侵蚀引发的钢筋锈蚀是造成钢筋与混凝土粘结力退化进而导致构件退出工作的主要原由。然而,钢筋混凝土梁中直径较小的箍筋更易发生锈蚀,且锈蚀后难以从混凝土构件表面发现锈胀裂缝,但锈蚀严重时箍筋限制纵筋滑移能力会减弱,从而导致锈蚀钢筋混凝土梁的力学性能和破坏机理发生改变。本文针对箍筋作用和二次受力下碳纤维加固对锈蚀钢筋混凝土梁力学性能的影响进行了试验研究。采用箍筋在绑扎时未箍住纵筋的构造做法来模拟锈蚀严重时箍筋对纵筋滑移约束减弱现象;通过对电化学锈蚀方法得到4组不同锈蚀率的试验梁进行三分点加载试验,分析不同锈蚀率构件的极限荷载、挠度以及钢筋和碳纤维在不同荷载级别下的应变分布;对锈蚀钢筋混凝土梁中箍筋的作用、破坏机理、二次受力下碳纤维的加固效果进行了分析。论文成果如下:  一、箍筋锈蚀影响构件力学性能的主要原因:锈蚀钢筋混凝土梁中箍筋与混凝土粘结力损伤较大,构件抗剪能力下降;箍筋锈蚀严重时对纵筋的滑移限制减弱。  二、在相同荷载作用下,箍筋锈蚀的构件较箍筋未锈蚀的构件,其剪弯段斜裂缝较多,提前发生脆性破坏,且极限承载力降低。  三、在锈蚀钢筋混凝土梁中,钢筋与混凝土粘结性能退化,钢筋的应力由跨中向锚固端传递,构件的承载机理趋于拱效应,且随着荷载等级和钢筋锈蚀率的增加,拱效应更强。  四、箍筋的存在能使纵筋上表面与混凝土粘结较好,同时,纵筋下表面又受到箍筋的机械阻力。因此,箍筋可提高锈蚀钢筋混凝土梁的整体性,对纵筋的滑移有较好的阻止作用,但箍筋锈蚀严重时限制纵筋滑移的能力减弱,构件破坏时拱效应更强。  五、二次受力下碳纤维加固的锈蚀钢筋混凝土梁,屈服荷载和极限承载能力均有一定程度的提高;碳纤维利用率和锈蚀率有关,锈蚀率越大碳纤维的利用率越高;但锈蚀率过高时,试验梁的纵向裂缝发展更广,锈蚀钢筋混凝土梁整体工作性能下降,进而导致部分保护层剥离,纵向碳纤维脱落,碳纤维的加固效果降低。
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