[發明專利]基于銹蝕與疲勞荷載耦合影響的鋼筋混凝土粘結滑移性能的測試方法及加載裝置

在審

• 申請號: 201710439979.6
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107238568A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 林紅威;趙羽習;劉承斌
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N19/04
• 分類號: G01N19/04
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司33100
• 代理人: 沈錫明

技術領域

本發明涉及土木工程混凝土結構試驗技術領域，具體涉及一種基于銹蝕與疲勞荷載耦合影響的鋼筋混凝土粘結滑移性能的測試方法及加載裝置。

背景技術

鋼筋混凝土結構中鋼筋與混凝土之間的應力傳遞和變形協調是通過兩者間的粘結作用實現的，鋼筋與混凝土之間的化學膠著力、摩擦力和機械咬合力組成了鋼筋混凝土結構的粘結力。鋼筋與混凝土之間充分的粘結作用是鋼筋混凝土結構發揮良好工作性能的前提和基礎。鋼筋局部粘結應力和局部相對滑移之間的關系稱為粘結滑移本構關系，它反映了鋼筋和混凝土的全過程的接觸行為，是鋼筋混凝土構件有限元分析、受彎構件裂縫寬度計算、撓度計算，以及梁柱節點地震作用下力學性能研究的理論基礎。然而，隨著鋼筋混凝土結構服役時間的延長，鋼筋和混凝土之間的粘結作用將會在外部環境或荷載的作用下產生退化，其中包括鋼筋銹蝕引起的粘結強度的退化以及疲勞荷載引起的剛度降低。

當混凝土結構中鋼筋生銹以后，鋼筋與混凝土的粘結性能會產生很大變化。鋼筋發生銹蝕以后，體積變大，混凝土保護層會因此而產生環向拉應力。當銹蝕率較小時，保護層不會開裂，銹脹壓力會使粘結力略微增大；而當銹蝕率較大時，混凝土保護層將產生徑向裂縫甚至出現剝落，鋼筋和混凝土之間的粘結力因約束減小而降低，粘結力的降低將顯著影響構件的極限承載力和抗彎剛度，進而影響整個混凝土結構的安全性和適用性等服役性能。

除銹蝕以外，許多工程結構，如橋梁、吊車梁以及鐵路軌枕等在服役過程中承受更多的是重復荷載(亦稱：疲勞荷載)的作用，因此面臨著較為突出的疲勞問題。在疲勞荷載的反復作用下，鋼筋和混凝土之間相對滑移不斷發展，導致構件剛度減小，撓度增大，裂縫逐漸變寬，嚴重時還會導致粘結疲勞破壞，引起鋼筋混凝土結構的失效，從而對鋼筋混凝土結構的服役性能產生顯著影響。

目前，國內外對銹蝕引起的粘結退化進行了一定的研究，但是多集中于粘結強度的退化，關于銹蝕鋼筋混凝土的粘結滑移本構關系仍然非常少。如國外Auyeung et al.^[1]，Bhargava et al.^[2]和Lee et al.^[3]等提出了指數關系模型來描述粘結強度隨銹蝕率的變化規律，Cabrera^[4]和 Stanish et al.^[5]提出了線性關系模型來描述粘結強度隨銹蝕率的變化規律，又如國內袁迎曙教授等^[6]提出了考慮保護層厚度影響的粘結強度退化線性公式。縱觀國內外已有研究，大多研究基于中心拔出無箍筋試件，箍筋對粘結強度退化的影響缺乏深入認識，且保護層厚度較大，與實際結構中鋼筋的外部約束條件并不完全符合。而關于疲勞荷載作用下的粘結滑移性能，國內外的研究更少，Rehm and Eligehausen^[7]和Koch and Balázs^[8,^9]發現疲勞加載不會對粘結強度產生顯著影響，但可以使鋼筋和混凝土產生較大的殘余滑移，使構件的剛度降低；Byung et al.^[10]同樣觀察到此現象，并提出了疲勞荷載作用后的粘結滑移本構關系模型。但是，基于鋼筋銹蝕與疲勞荷載對鋼筋混凝土粘結滑移性能的耦合影響，國內外相關研究仍未見報道。

同樣的，在現有技術中，關于鋼筋混凝土的粘結性能、粘結強度、粘結應力等參數的測試方法及配套測試裝置，大多是基于鋼筋銹蝕對鋼筋混凝土粘結滑移性能的影響關系而設計的測試模型，并不能綜合考慮鋼筋銹蝕以及疲勞荷載對鋼筋混凝土粘結滑移性能的耦合影響關系，故難以應用于實際工程，真實、客觀地反映出鋼筋混凝土的粘結滑移本構關系。如：

申請號為201210162916.8的中國發明專利，公開了一種用于測量鋼筋和混凝土粘結力的圓柱體試件，其把鋼筋穿過圓柱形PVC管，并通過直徑等于圓柱形PVC管外徑的圓形鋼板來固定鋼筋位置，該技術方案的不足之處在于：①通過膠帶來固定PVC管和鋼板，振搗混凝土時極易漏漿，并且效率較低，并不適合大規模的對比試驗；②圓柱形試塊保護層厚度比實際結構中要大很多，并且無法放置箍筋，在對試塊進行加載時，混凝土受壓易使鋼筋受拉，使其無法真正模擬鋼筋混凝土梁中的粘結受力狀態。

申請號為201510688835.5的中國發明專利，公開了一種測定鋼筋與混凝土粘結性能的拉拔裝置，該裝置利用萬能試驗機、并借助由鋼板和螺桿組成的加載架對中心拔出試塊進行靜力加載，該技術方案的不足之處在于：保護層過大，使得試塊加載后，受力方式與實際不符。