锈蚀钢筋混凝土柱承载力试验研究

介绍：随着建筑物使用寿命的增长和所处不利乃至恶劣环境机会的增多，混凝土结构的耐久性问题变得相当突出，成为当今国内外有关专家学者普遍重视的前沿课题。其中，锈蚀钢筋混凝土构件的承载力问题，因目前还缺乏比较成熟的计算理论与方法而受到格外关注。本文在锈蚀钢筋压屈试验和对其压屈行为有限元分析的基础上，依据延性破坏的理论原则，创新地提出了柱中锈蚀纵筋计算可用应力的物理模型。结合本文改进后的混凝土截面锈损模型和钢筋与混凝土间粘结力退化模型，提出了不同锈蚀率和箍筋不同锈断情况下轴心受压、小偏心受压和大偏心受压锈蚀钢筋混凝土柱的承载力估算理论与方法，并通过具有创新意义的锈蚀钢筋混凝土柱承载力试验对所提出的理论与方法进行了验证，编制了相应的计算软件。本文的主要研究内容和结论如下：．(1)依照不同的锈蚀率并针对箍筋部分锈断失效后可使纵筋有不同的压屈长度的情况，进行了197根锈蚀钢筋试件的系列化压屈试验，从中归纳出4类基本的荷载一轴向位移曲线，用以构造锈蚀柱中反映纵筋实际纵向工作行为的名义本构关系，为锈蚀钢筋混凝土柱承载力评估理论与方法的形成奠定了基础。 (2)应用ANSYS软件对锈蚀钢筋压屈行为进行了系列化的计算分析，印证、完善并拓展了上述由压屈试验归纳出的4类荷载一轴向位移曲线和相应的名义本构关系。 (3)以上述锈蚀纵筋名义本构关系为基础，依据构件延性破坏的理论原则，创新地提出了柱中锈蚀纵筋计算可用应力的物理模型。结合本文改进后的混凝土截面锈损模型和钢筋与混凝土间粘结力退化模型，创新地提出了适用于不同纵筋锈蚀率和箍筋锈断情况的轴心受压、小偏心受压以及大偏心受压锈蚀钢筋混凝土柱的正截面承载力估算的理论与方法，给出了相应的计算公式，并与国内外相关试验结果(无箍筋锈断)进行对照，初步证实了本文所提出的估算理论与方法在相应范围内是可行的。 (4)考虑柱中有部分箍筋锈断的情况创新地设计制作了20根试验柱，用以研究轴心受压、小偏心受压和大偏心受压锈蚀钢筋混凝土柱承载力的降低规律。试件破坏特征和试验结果进一步验证了本文所提出的锈蚀纵筋计算可用应力的物理模型和锈蚀钢筋混凝土柱承载力计算理论与方法。 (5)基于势能原理推绎了柱中箍筋未被锈断时锈蚀箍筋轴向刚度和锈蚀纵筋弯曲刚度退化情况下纵筋压屈长度的计算模型和判别式，并且用ANSYS非线性分析对上述计算模型加以印证。所提出的计算模型为锈蚀钢筋混凝土柱承载力评估中考虑箍筋锈蚀率因素提供了方法。 (6)应用本文研究所获得的成果，采用MATLAB语言编制了锈蚀钢筋混凝土柱承载力估算应用软件。软件计算中考虑了柱子纵筋锈蚀率、局部箍筋锈断和混凝土截面锈胀损伤的影响，并且考虑了锈蚀钢筋与混凝土间粘结力退化因素。软件可供实际工程中方便地使用，并且拟申请相关专利。