反复荷载下锈蚀钢筋粘结退化及其相关钢筋混凝土梁柱节点抗震性能研究

The cyclic loads may aggravate the deterioration of bond behavior between corroded reinforcements and concrete, which might further decrease the resistance and stiffness of the beam-column joint under earthquake action. So far, few studies in this field are reported in available literatures. Therefore, through experimental and numerical analysis ways, this program will investigate the bond behavior of corroded reinforcements and the seismic performance of the corroded RC interior beam-column joint under cyclic loads. The bond behavior between corroded steel bars and concrete will be studied with beam specimens. The effect of strength of concrete, bar diameter, corrosion rate and cyclic loads on the bond failure mode, bond strength and bond stiffness will be analyzed. The models of bond strength and bond stiffness, as well as the bond-slip relationship for corroded steel bars under cyclic loads will be presented. Based on the numerical simulation, an analytical model will be proposed to predict the seismic performance of the corroded RC interior beam-column joint considering the effect of the bond deterioration. The seismic performance of corroded RC interior beam-column joint will be studied experimentally. The cruciform specimen will be adopted to investigate the effect of corrosion rate on the failure mode, resistance, stiffness, ductility and energy dissipation of the joint. The test result will be used to verify the analytical model, and the restoring force model of the joint will be further established. The results of current research program can give experimental and theoretical references for the seismic assessment of existing RC structures.

反复荷载可能加剧锈蚀钢筋与混凝土间粘结性能的退化，从而导致梁柱节点在地震作用下承载能力和刚度的降低。当前针对该方面的研究较少，因此本项目拟采用试验和数值分析的方法研究反复荷载下锈蚀钢筋的粘结性能及其对梁柱中间节点抗震性能的影响。采用梁式试件考察反复荷载作用下锈蚀钢筋与混凝土间的粘结性能，分析混凝土强度、钢筋直径、锈蚀率以及反复荷载对粘结破坏形态、粘结强度和粘结刚度的影响，提出反复荷载作用下锈蚀钢筋的粘结强度、粘结刚度的预测模型以及粘结滑移本构关系。基于数值模拟，提出考虑粘结退化影响的锈蚀钢筋混凝土梁柱中间节点抗震性能分析模型。通过试验对锈蚀钢筋混凝土梁柱中间节点的抗震性能进行研究，采用十字形试件，考虑锈蚀率对节点破坏形态、极限承载力、刚度、延性以及耗能能力的影响。利用试验结果对模型进行验证，建立梁柱节点的恢复力模型。本研究成果可以为既有钢筋混凝土结构抗震性能评估分析提供试验和理论参考。

在钢筋混凝土结构中，可靠的粘结是保证应力传递及钢筋与混凝土协同工作的基础。反复荷载可能加剧锈蚀钢筋与混凝土间粘结性能的退化，从而导致钢筋混凝土构件在地震作用下承载能力和刚度的降低。为了评估既有结构在地震作用下的安全性，需要解决两个关键问题：（1）锈蚀与反复荷载耦合作用下钢筋-混凝土粘结强度的退化机理；（2）考虑反复荷载、锈蚀等复杂情况的钢筋-混凝土粘结滑移数值模型开发。基于此，主要开展如下四个方面的研究。. 1、复杂应力（锈蚀）影响下钢筋-混凝土粘结性能的理论/解析分析。基于弹塑性力学，提出了复杂应力作用下光圆钢筋粘结机理的理论解析以及数值分析模型；基于广义约束理论，提出了变形钢筋粘结机理的理论模型，并成功应用于锈蚀情况下的强度预测。. 2、反复荷载及锈蚀耦合影响下钢筋-混凝土粘结性能的试验研究。基于RELIM梁式试件，开发了用于反复荷载下粘结性能测试的试验装置，该装置可保证试验中试件应力状态与真实相符；基于此试验装置，开展了反复荷载下锈蚀钢筋-混凝土粘结性能试验，分析了主要粘结参数与锈蚀率的关系，并建立锈蚀钢筋粘结滑移模型。. 3、考虑多种因素的钢筋-混凝土粘结滑移数值模型研究。开发了考虑复杂应力影响的粘结-滑移数值模型，该模型的特点在于可捕捉任意位置混凝土内部的复杂应力状态，并实时更新粘结单元刚度矩阵，实现了钢筋混凝土结构的精细化模拟分析；该模型成功应用于钢筋混凝土梁、柱以及节点构件等在单调及反复荷载下的力学性能分析。. 4、既有结构加固及材料时变性能研究。为促进成果向应用转化，提出了实用的钢板-CFRP复合加固方法，该方法可有效避免常规外贴FRP可能引起的局部剥离；同时，研究了加固用粘合剂以及环氧树脂的时变老化模型，试验结果表明，粘合剂的峰值粘度则随着老化时间或温度的增加而提高。. 以上研究为既有钢筋混凝土结构抗震性能评估分析及加固改造提供试验和理论参考。