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锈蚀钢筋混凝土柱地震滞回行为研究

2019/12/09 阅读:

[关键词]地震;钢筋混凝土;耐久性;滞回行为

地震是当地壳的运动使其内部的岩石应变超过最大值时,其岩层发生断裂而引起的地面震动。地震释放的能量将会以地震波的形式发散和衰减,并且造成严重的破坏。而对于锈蚀的钢筋混凝土柱而言,地震的影响更是致命的。

1针对地震中锈蚀钢筋混凝土柱研究的必要性

钢筋混凝土是目前世界上应用最广的建筑材料,自问世以来因其成本的低下以及良好的实用性受到建筑行业的一致好评,但是随着其使用年限的增加,由于其自身材料的限制导致耐久性的剧烈下降。钢筋混凝土结构的生命周期分为三个阶段:建造阶段、使用阶段和老化阶段[1]。钢筋结构的耐久性是老化阶段的研究课题,其中影响钢筋混凝土耐久性最重要的因素就是钢筋锈蚀。在地震当中,混凝土柱是受地震影响最为严重的部分,由于地震而产生的剪切破坏、剪压破坏等对于混凝土柱的耐久性的破坏是巨大的。我国位于环太平洋地震带和欧亚地震带之间,是处于地震多发的地区,目前一大批老旧建筑物耐久性下降是我国目前所勉励的最重要的问题,所以针对地震中锈蚀钢筋混凝土柱的研究是很有必要的。

2地震作用下锈蚀钢筋混凝土柱的滞回试验

试验设计了9根试件,采用对比的方法分别测试相同轴压比在不同的锈蚀率、不同轴压比在相同锈蚀率下以及不同轴压比在不同锈蚀率下的性能。其中混凝土采用的是标号C40的商品混凝土,通过电化学腐蚀的方法对试件进行腐蚀,最后对试件进行加载。试验完毕之后,对于钢筋进行除锈称重,最后进行结果分析。通过分析试件锈蚀、屈服时试件裂缝分布、破坏方式、滞回曲线、骨架曲线、循环刚度、延性、耗能、弯曲变形,剪切变形以及根部滑移位移三部分分配比例来得到锈蚀钢筋混凝土柱的性能曲线。

3往复载荷作用下筋端锚固区锈蚀钢筋与混凝土粘结-劣化模型

根据徐有邻[1]的试验所建立的单调载荷作用下的模型,类比得出往复载荷作用下的模型[2],其中根据实际情况做出了适当的推到以及修正,并且提出了一个概念:临界滑移幅值。当在试件上加载的载荷使滑移幅值大于临界滑移幅值时,应该采用的是劣化的锈蚀钢筋与混凝土粘结-滑移外包线;当在试件上加载的载荷使滑移幅值小于临界滑移幅值时,应该采用单调载荷下的粘结-滑移线作为锈蚀钢筋混凝土粘结-滑移外包线。

4压弯剪作用下锈蚀钢筋混凝土柱载荷-弯曲变形模型

锈蚀钢筋混凝土柱开裂之后的弯曲变形模型由两部分组成,即弹性变形部分和非弹性变形部分[3]。压弯剪作用下锈蚀钢筋混凝土柱的载荷-弯曲模型是由屈服在和屈服弯曲变形以及抗弯强度、弯曲开裂载荷和开裂弯曲变形和极限弯曲变形三部分所构成的模型。模型对被锈蚀的压弯剪构件和锈蚀受弯剪构件的相对滑移值采用了在完全无粘结构件和完全粘结构件的线性插值所决定。将上述结果和没有被锈蚀的钢筋混凝土柱作对比,证明模型是正确的。

5压弯剪作用下锈蚀钢筋混凝土柱载荷-剪切变形模型

该模型目前还属于理论模型,是由抗剪强度和极限剪切变形、弯剪斜裂缝开裂载荷及开裂剪切变形以及屈服载荷和屈服剪切变形所组成的线性模型。通过与无锈蚀梁的弯剪斜裂缝的研究成果对比,对内力臂和拱效应进行考虑,并且对锈蚀产物膨胀所导致的混凝土保护层开裂从而需要进行锈蚀混凝土柱抗剪面积的修正。该模型的计算是在无锈蚀混凝土柱屈服下裂缝角度变形当中考虑锈蚀后裂缝交付变化而提出的修正模型,通过与理论结果相对比,证明该模型是可行的。

6地震作用下锈蚀钢筋混凝土柱的滞回模型研究

目前国内对于地震作用下锈蚀钢筋混凝土柱的滞回模型研究的成果还不是很多[4]。上述从不同的角度来研究了柱在地震下承受的弯曲变形、剪切变形以及柱内纵筋外拔导致的变形,并且锁着压轴比的不同,这三个部分的变形在总体的变形当中所占有的比例也不相同。滞回模型由外包线峰值前区段和峰值后区段组成。这两个区段都采用上述的模型方法进行了验证。在滞回模型内的滞回准则当中卸载刚度要采用试验所出的修正后的卸载刚度模型,并且将模型的耗能与实验的耗能做出对比,得到模型的可行性。

7结语

在地震下的锈蚀钢筋混凝土柱的滞回特性是在研究钢筋混凝土的耐久性问题中的重要问题。从二十世纪八十年代以来,我国开始对耐久性问题越来越加重视,大量的耐久性课题被提上日程,而对于耐久性问题中最重要的钢筋锈蚀问题就更是重中之重。结合我国处于地震带的情况,讨论研究在地震下的锈蚀钢筋混凝土柱的耐久性问题,就关乎到了我们至关重要的安全问题,如果解决了钢筋混凝土的耐久性问题,对我们的社会安定将会起到很大的帮助。

【参考文献】

[1]张鹏飞,冷玲倻.锈蚀对钢筋混凝土框架结构抗震性能影响的研究[J].科学技术创新,2019(20).

[2]杨淑雁.锈蚀钢筋混凝土柱在地震作用下的滞回行为研究[D].上海:上海交通大学,2014.

作者:张鹏飞 冷玲倻 单位:江西水利职业学院

锈蚀钢筋混凝土柱地震滞回行为研究

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