锈蚀钢筋混凝土柱抗剪性能研究

The reforcements inside the concrete column in the industrial environment and the natural exposed environment are rusted easily, and especially stirrups’ corrosion is very serious, which is bound to cause concrete member performance degradation. The current study on the carrying capacity and the seismic performance of reinforced concrete column only considered the effect of longitudinal reinforcement corrosion, and failed to in-depth analysis of the influence of stirrups’ corrosion. There is little research on the shear performance that causes corroded reinforced concrete column collapsed suddenlly.This subject focuses on the stirrups corrosion that effects on the shear performance of reinforced concrete column, and studies the shear behavior of corroded reinforced concrete column comprehensively considering the longitudinal reinforcement corrosion and the concrete cross section damage at the same time. First, based on fractal theory to do a quantitative analysis of the non-uniformity of the corroded reinforced surface contour, and establish the stochastic model for degradation of the reinforced mechanical properties. And then, concrete column shear performance and the shearing mechanism are studied considering the non-uniformity of the corroded stirrups, longitudinal reinforcement corrosion and concrete section damage，respectively through theoretical analysis, numerical simulation and experiment methods. Finally, the model of shear bearing capacity and the model of shear analysis of corroded reinforced concrete column are established under low cycle reciprocating load, and the performance evaluation methods of the corroded reinforced concrete column’s shear carrying capacity is put forward. The research results will provide theoretical foundation and technical support for shear performance evaluation of the ageing concrete structure, and have important theoretical significance and practical significance.

工业环境和自然暴露环境中的混凝土柱钢筋容易锈蚀，尤其箍筋锈蚀严重，势必造成构件力学性能退化，而目前锈蚀钢筋混凝土柱承载能力和抗震性能分析仅考虑了纵筋锈蚀，未能对箍筋锈蚀的影响进行深入分析，对容易引起锈蚀钢筋混凝土柱发生突然倒塌的斜截面抗剪性能的研究鲜有涉及。本项目侧重于箍筋锈蚀对钢筋混凝土柱受剪性能的影响，同时考虑纵筋锈蚀和混凝土截面损伤，全面系统的研究锈蚀钢筋混凝土柱的抗剪性能。首先采用分形理论对锈蚀箍筋表面轮廓的不均匀性进行定量分析，建立锈蚀箍筋力学性能退化随机模型，继而通过理论分析、数值模拟和试验研究方法分别研究箍筋不均匀锈蚀、纵筋锈蚀及混凝土截面损伤对混凝土柱抗剪性能和抗剪机制的影响，最终建立低周往复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土柱抗剪承载力模型和抗剪分析模型，确定锈蚀钢筋混凝土柱抗剪性能的评估方法。为老化混凝土结构抗剪性能评定提供理论基础与技术支撑，具有重要的理论意义与实际意义。

为了解决工业环境和自然暴露环境中锈蚀钢筋混凝土柱的抗剪承载能力退化问题，本项目将采用现代物理化学理论、现代数学理论及工程试验技术，通过实验室快速模拟试验、理论分析与数值模拟相结合的研究方法，全面系统的研究锈蚀钢筋混凝土柱的抗剪性能；为锈蚀钢筋混凝土柱的承载能力退化、抗震性能退化评估和剩余寿命预测提供了可靠的依据。所做的具体工作如下：.1. 箍筋锈蚀特点及力学性能退化研究.（1）根据混凝土试件箍筋电化学加速腐蚀试验、自然腐蚀试验的锈蚀表面状态，分析了箍筋不均匀锈蚀的特点；.（2）研究了锈蚀钢筋特征轮廓参数与其重量损失率和力学性能之间的关系。.2. 钢筋锈蚀引起的混凝土损伤分析.根据自然腐蚀试验结果，研究了箍筋锈蚀引起的混凝土保护层损伤劣化，探讨了不同箍筋直径、箍筋间距和保护层厚度影响下的箍筋锈蚀分布规律，为箍筋锈蚀混凝土柱抗剪性能退化模型研究奠定了基础。.3. 锈蚀钢筋混凝土柱抗剪性能静载试验研究.采用静力加载方法对23个箍筋锈蚀混凝土柱试件和3个未锈蚀试件进行了抗剪性能试验，研究了箍筋直径、箍筋间距、箍筋锈蚀率和混凝土保护层损伤等对混凝土柱试件破坏形态的影响规律，通过对比分析试件的荷载—位移曲线、荷载—纵筋应变曲线、荷载—箍筋应变曲线，研究了各因素对混凝土柱抗剪性能退化的影响规律。.4. 锈蚀箍筋混凝土压弯构件滞回性能有限元分析.引入锈蚀箍筋约束混凝土本构模型，采用ABAQUS软件对锈蚀混凝土柱进行了低周往复荷载作用下的有限元分析，分析了反复荷载作用下混凝土柱抗剪全过程、破坏形态及滞回性能，得到压弯构件混凝土和钢筋破坏模态的应力变形图以及滞回曲线。.5. 锈蚀钢筋混凝土柱抗剪承载力模型及抗剪分析模型.（1）根据钢筋锈蚀混凝土柱抗剪静载试验结果，并基于混凝土柱的“桁架—拱”理论分析模型，引入锈蚀箍筋力学性能退化公式，建立了锈蚀箍筋混凝土柱抗剪承载力试验模型；.（2）在完好钢筋混凝土柱抗剪承载力模型的基础上，引入锈蚀箍筋约束混凝土本构模型、屈服和极限状态的混凝土受压区高度影响系数以及根据试验数据拟合得到的位移计算模型，提出锈蚀箍筋约束混凝土压弯构件的恢复力模型；.（3）引入锈蚀钢筋力学性能退化模型，对反复荷载作用下钢筋混凝土柱的分析模型进行修正，建立了锈蚀钢筋混凝土柱的压－剪－弯交互作用抗剪分析模型。