[发明专利]基于锈蚀与疲劳荷载耦合影响的钢筋混凝土粘结滑移性能的测试方法及加载装置

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程混凝土结构试验技术领域，具体涉及一种基于锈蚀与疲劳荷载耦合影响的钢筋混凝土粘结滑移性能的测试方法及加载装置。

背景技术

钢筋混凝土结构中钢筋与混凝土之间的应力传递和变形协调是通过两者间的粘结作用实现的，钢筋与混凝土之间的化学胶着力、摩擦力和机械咬合力组成了钢筋混凝土结构的粘结力。钢筋与混凝土之间充分的粘结作用是钢筋混凝土结构发挥良好工作性能的前提和基础。钢筋局部粘结应力和局部相对滑移之间的关系称为粘结滑移本构关系，它反映了钢筋和混凝土的全过程的接触行为，是钢筋混凝土构件有限元分析、受弯构件裂缝宽度计算、挠度计算，以及梁柱节点地震作用下力学性能研究的理论基础。然而，随着钢筋混凝土结构服役时间的延长，钢筋和混凝土之间的粘结作用将会在外部环境或荷载的作用下产生退化，其中包括钢筋锈蚀引起的粘结强度的退化以及疲劳荷载引起的刚度降低。

当混凝土结构中钢筋生锈以后，钢筋与混凝土的粘结性能会产生很大变化。钢筋发生锈蚀以后，体积变大，混凝土保护层会因此而产生环向拉应力。当锈蚀率较小时，保护层不会开裂，锈胀压力会使粘结力略微增大；而当锈蚀率较大时，混凝土保护层将产生径向裂缝甚至出现剥落，钢筋和混凝土之间的粘结力因约束减小而降低，粘结力的降低将显著影响构件的极限承载力和抗弯刚度，进而影响整个混凝土结构的安全性和适用性等服役性能。

除锈蚀以外，许多工程结构，如桥梁、吊车梁以及铁路轨枕等在服役过程中承受更多的是重复荷载(亦称：疲劳荷载)的作用，因此面临着较为突出的疲劳问题。在疲劳荷载的反复作用下，钢筋和混凝土之间相对滑移不断发展，导致构件刚度减小，挠度增大，裂缝逐渐变宽，严重时还会导致粘结疲劳破坏，引起钢筋混凝土结构的失效，从而对钢筋混凝土结构的服役性能产生显著影响。

目前，国内外对锈蚀引起的粘结退化进行了一定的研究，但是多集中于粘结强度的退化，关于锈蚀钢筋混凝土的粘结滑移本构关系仍然非常少。如国外Auyeung et al.^[1]，Bhargava et al.^[2]和Lee et al.^[3]等提出了指数关系模型来描述粘结强度随锈蚀率的变化规律，Cabrera^[4]和 Stanish et al.^[5]提出了线性关系模型来描述粘结强度随锈蚀率的变化规律，又如国内袁迎曙教授等^[6]提出了考虑保护层厚度影响的粘结强度退化线性公式。纵观国内外已有研究，大多研究基于中心拔出无箍筋试件，箍筋对粘结强度退化的影响缺乏深入认识，且保护层厚度较大，与实际结构中钢筋的外部约束条件并不完全符合。而关于疲劳荷载作用下的粘结滑移性能，国内外的研究更少，Rehm and Eligehausen^[7]和Koch and Balázs^[8,^9]发现疲劳加载不会对粘结强度产生显著影响，但可以使钢筋和混凝土产生较大的残余滑移，使构件的刚度降低；Byung et al.^[10]同样观察到此现象，并提出了疲劳荷载作用后的粘结滑移本构关系模型。但是，基于钢筋锈蚀与疲劳荷载对钢筋混凝土粘结滑移性能的耦合影响，国内外相关研究仍未见报道。

同样的，在现有技术中，关于钢筋混凝土的粘结性能、粘结强度、粘结应力等参数的测试方法及配套测试装置，大多是基于钢筋锈蚀对钢筋混凝土粘结滑移性能的影响关系而设计的测试模型，并不能综合考虑钢筋锈蚀以及疲劳荷载对钢筋混凝土粘结滑移性能的耦合影响关系，故难以应用于实际工程，真实、客观地反映出钢筋混凝土的粘结滑移本构关系。如：

申请号为201210162916.8的中国发明专利，公开了一种用于测量钢筋和混凝土粘结力的圆柱体试件，其把钢筋穿过圆柱形PVC管，并通过直径等于圆柱形PVC管外径的圆形钢板来固定钢筋位置，该技术方案的不足之处在于：①通过胶带来固定PVC管和钢板，振捣混凝土时极易漏浆，并且效率较低，并不适合大规模的对比试验；②圆柱形试块保护层厚度比实际结构中要大很多，并且无法放置箍筋，在对试块进行加载时，混凝土受压易使钢筋受拉，使其无法真正模拟钢筋混凝土梁中的粘结受力状态。

申请号为201510688835.5的中国发明专利，公开了一种测定钢筋与混凝土粘结性能的拉拔装置，该装置利用万能试验机、并借助由钢板和螺杆组成的加载架对中心拔出试块进行静力加载，该技术方案的不足之处在于：保护层过大，使得试块加载后，受力方式与实际不符。