基于声发射技术的锈蚀损伤分布及其对钢筋混凝土粘结性能的影响研究

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国内外锈蚀钢筋混凝土粘结滑移本构关系试验研究中,粘结滑移本构关系的建立通常未考虑锈蚀损伤分布对粘结性能的影响。然而,钢筋锈蚀后,钢筋在截面上都会有不同程度的削弱,其初始的损伤分布会对钢筋拔出过程的荷载-位移关系产生不可忽视的影响。因此,开展锈蚀钢筋混凝土界面损伤分布对钢筋混凝土粘结性能影响的试验研究,并建立基于锈蚀损伤分布的钢筋混凝土粘结滑移本构关系,是正确评价受损构件工作性能的前提。而如何获取锈蚀期间锈蚀损伤分布一直是锈蚀钢筋混凝土耐久性的一个难题。为了获取锈蚀后锈蚀损伤分布,更为准确的评价钢筋锈蚀对钢筋混凝土粘结的削弱作用,本文在拉拔试验的基础上,利用声发射技术确定钢筋锈蚀过程中锈蚀初始损伤分布,建立考虑锈蚀损伤分布的钢筋混凝土粘结滑移本构关系。主要开展的研究工作和结论如下:①采用正交法设计锈蚀钢筋混凝土拉拔试件,根据锈蚀监测目的制定试件加速锈蚀监测方案,对锈蚀声发射信号进行分析,建立了锈蚀率与声发射事件计数归一化值之间的关系式;并分析了试件锈蚀声发射能量线性定位结果,将其与实际的锈蚀情况进行对比,确立了试件锈蚀声发射能量定位图与实际锈蚀率的关联性。结果表明,锈蚀率与声发射事件计数有较好的一致性;通过声发射能量定位图能够较好的反映钢筋混凝土锈蚀损伤分布规律,结合高斯函数可以较好的对锈蚀损伤进行表征。②基于影响钢筋混凝土锈蚀的众多参数的随机性分布原理,结合加速锈蚀过程中锈蚀声发射信号能量定位图,对钢筋纵向锈蚀特征进行了高斯函数模拟;并通过重新划分的声发射能量分布图,建立了钢筋锈蚀损伤分布模型。结果表明,随着试件样本数量的增加,钢筋锈蚀损伤分布函数的拟合结果与实际能量分布结果更趋于一致,拟合函数的关键参数也趋于稳定。表明,利用锈蚀声发射信号参数模拟钢筋锈蚀损伤分布是可行的。③对锈蚀钢筋混凝土拉拔试件进行粘结性能试验;根据采集的试件在不同荷载作用下各测点钢筋的应变和加载端、自由端的滑移值,分析钢筋应变沿锚固位置变化规律。结果表明,锈蚀率增长到一定值后,试件加载端和自由端最大滑移值随锈蚀率的增加而增长。④结合锈蚀沿锚固位置分布函数,计算不同荷载作用下各锚固位置的滑移值和锈蚀构件平均粘结应力,绘制滑移随锚固位置的关系曲线,确定滑移值随锚固位置变化规律;建立平均粘结应力-滑移本构关系式,并在各试件试验结果的基础上,建立不同粘结位置处的粘结应力τ与滑移s的关系函数;计算同一滑移值处不同粘结位置的粘结应力值,建立粘结性能的位置函数;根据不同锈蚀程度对位置函数的影响,分析考虑锈蚀影响的位置函数;建立考虑锈蚀损伤分布的粘结滑移本构关系,并进行有限元模拟验证。结果表明,模拟结果与试验结果吻合度较好。本文主要的创新之处:①采用正交方案,设计、分析了拔出试件计算锈蚀率、试件中NaCl掺入量以及加速锈蚀时电流强度三因素对试件加速锈蚀理论控制计算准确性的影响;②分析了试件锈蚀损伤声发射能量定位与锈蚀的实际情况的关联性;建立了钢筋锈蚀损伤的高斯分布模型,并分析了锈蚀影响因素对分布模型的影响;③在锈蚀损伤分布函数的基础上,求解了基于锈蚀损伤分布的粘结应力位置函数;通过不同锈蚀试件粘结应力位置函数的内插对比分析,建立了考虑锈蚀损伤分布的粘结滑移本构关系。
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