考虑箍筋锈蚀影响的约束混凝土抗压强度模型.pdf
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1、30第 49 卷 第 4 期2023 年8月四川建筑科学研究Sichuan Building Science考虑箍筋锈蚀影响的约束混凝土抗压强度模型秦荷成1,陶伯雄1,2,姜 攀1,韦炫辰2(1.广西建设职业技术学院,广西 南宁 530007;2.广西大学土木建筑工程学院,广西 南宁 530004)摘 要:基于加速锈蚀箍筋约束混凝土试件的单轴受压试验,获取了 36 组不同锈蚀程度条件下箍筋约束混凝土的抗压强度试验数据,分析了配箍形式和箍筋质量锈蚀率等因素对抗压强度和破坏形态的影响规律,结合混凝土材料的极限强度面和破坏准则,建立了锈蚀箍筋约束混凝土的抗压强度模型,并验证了模型的有效性。分析表明:
2、随着箍筋质量锈蚀率的增大,约束混凝土的抗压强度逐渐减小;当配箍形式相同时,箍筋间距越大,箍筋质量锈蚀率对抗压强度的影响越显著;当箍筋间距相同时,箍筋质量锈蚀率对配置方形箍试件的抗压强度影响程度大于配置棱形箍试件;当箍筋质量锈蚀率分别约为 16.7、10.0和 30.0时,大部分方形箍、棱形箍和螺旋箍在试件轴压破坏位置处发生断裂。关键词:箍筋;锈蚀;约束混凝土;抗压强度;破坏形态DOI:10.19794 ki.1008-1933.2023.0043中图分类号:TU375 文献标志码:A 文章编号:1008-1933(2023)04-0030-06Compressivestrengthmodelf
3、orconfinedconcreteconsideringinfluenceofhoopcorrosionQIN Hecheng1,TAO Boxiong1,2,JIANG Pan1,WEI Xuanchen2(1.Guangxi Polytechnic of Construction,Nanning 530007,China;2.School of Civil Engineering&Architecture,Guangxi University,Nanning 530004,China)Abstract:Uniaxial compression test of concrete speci
4、mens confined by accelerated corroded hoops was carried out and 36 sets of test data of compressive strength for confined concrete with different corrosion levels were obtained.The influences of factors such as the configuration of hoops and hoop mass corrosion rate on the compressive strength and f
5、ailure mode of specimens were analyzed.Meanwhile,a computational model for compressive strength of concrete confined by corroded hoops was developed by combining the ultimate strength surface and failure criterion of concrete material.Finally,the applicability of the proposed model was validated bas
6、ed on experimental data.The analysis results show that the compressive strength of confined concrete decreases with the increase of hoop mass corrosion rate.When the configuration of hoops is the same,the influence of hoop mass corrosion rate on the compressive strength exhibits more significantly w
7、hen the space of hoops is larger.When the space of hoops is the same,the hoop 收稿日期:2022-10-19基金项目:广西教育厅中青年教师科研基础能力提升项目(2020KY35014)第一作者:秦荷成(1982),男,硕士,副教授,研究方向:混凝土耐久性、结构可靠性分析。通讯作者:韦炫辰(1985),女,硕士,助理研究员,研究方向:工程材料。E-mail:1304900922 E-mail:544724379 312023 第 4 期秦荷成,等:考虑箍筋锈蚀影响的约束混凝土抗压强度模型mass corrosion r
8、ate will affect the compressive strength of the specimens with square hoops larger than that of the specimens with prismatic hoops.When the hoop mass corrosion rate is about 16.7,10.0 and 30.0,most of the square,prismatic and spiral hoops are broken at the axial compression failure position of speci
9、mens respectively.Keywords:hoop;corrosion;confined concrete;compressive strength;failure mode0 引 言混凝土抗压强度是钢筋混凝土结构非线性力学行为分析的重要参数1-5。目前,国内外学者围绕箍筋约束混凝土的抗压强度模型开展了大量研究。其中:文献 6-7 在研究非约束混凝土抗压强度基础上,通过引入考虑箍筋体积配箍率和箍筋屈服强度等因素影响的增强系数,建立了适用于方形箍筋约束混凝土的抗压强度模型;文献 8考虑截面形状的影响,通过引入有效约束应力,建立了适用于方形、矩形和圆形截面的箍筋约束混凝土抗压强度模型;
10、文献 9-10 通过引入压力系数和有效约束应力,建立了箍筋约束混凝土抗压强度模型;文献 11-13 研究了高强箍筋约束高强混凝土抗压强度模型;文献 14 建立了适用于方形截面的箍筋约束混凝土抗压强度模型,并分析了配箍形式、箍筋体积配箍率和箍筋屈服强度等因素对混凝土抗压强度的影响规律。需要说明的是,上述模型均未考虑箍筋锈蚀的影响。然而在实际工程中,箍筋比纵筋往往更容易发生锈 蚀15。箍筋锈蚀不仅会降低有效承载面积,而且会削弱对核心区混凝土的约束作用,从而影响约束混凝土的抗压强度。为了研究箍筋锈蚀的影响,文献 16 基于加速锈蚀试验,获得了锈蚀箍筋约束混凝土的应力-应变全曲线试验数据;文献 17通
11、过加速锈蚀试验,研究了箍筋锈蚀对混凝土棱柱体试件破坏形态的影响。但是,上述研究均没有建立锈蚀箍筋约束混凝土的抗压强度模型。文献 18-20 对棱柱体中的箍筋进行了加速锈蚀试验,分析了箍筋锈蚀对抗压强度的影响规律,但是局限于方形截面和方形箍,无法适用于圆形截面或棱形箍和螺旋箍,导致适用性有限。因此,有必要研究建立一种能够综合考虑截面形状和配箍形式等重要因素影响的锈蚀箍筋约束混凝土的抗压强度模型。鉴于此,本文基于锈蚀箍筋约束混凝土试件的单轴受压试验,分析了配箍形式和箍筋质量锈蚀率等因素对试件抗压强度和破坏形态的影响,进而结合混凝土材料的极限强度面和破坏准则,建立了锈蚀箍筋约束混凝土的抗压强度模型,
12、并验证了模型的有效性。1 锈蚀箍筋约束混凝土的单轴受压试验试验包括 12 个方形箍试件(A 系列)、12 个棱形箍试件(B 系列)和 12 个螺旋箍试件(C 系列)。根据配箍率的不同,每个系列分为 L(低配箍率)、M(中配箍率)和 S(高配箍率)3 组。试件的几何尺寸及配筋如图 1 所示。纵筋和箍筋的直径分别为 10、6 mm,A、B 和 C 系列试件的纵筋根数分别为 4、8 和 6 根,纵筋和箍筋的屈服强度分别为 568、360 MPa。采用外加直流电(恒定电流密度约为 0.5 mA cm2)的方式加速箍筋锈蚀,通过调整通电时间来控制箍筋质量锈蚀率。采用失重法确定箍筋质量锈蚀率。36 组锈蚀
13、箍筋约束混凝土试件单轴受压试验的基本数据见表 1。由表 1 可知,随着箍筋质量锈蚀率的增大,抗压强度逐渐降低。以 AM 组试件为例,AM1、AM2 和 AM3 的箍筋质量锈蚀率分别为 7.3、12.5和 21.6,相比于 AM0,其抗压强度分别降低了 6.2、8.0和 14.5。对于 A 和 B 系列试件,当配箍形式相同时,箍筋间32第 49 卷四川建筑科学研究距越大,箍筋质量锈蚀率对抗压强度的影响越显著。例如,BL3、BM3 和 BS1 的箍筋质量锈蚀率分别为 12.3、13.4和 14.9,相比于 BL0、BM0 和 BS0,其抗压强度分别降低了 12.4、8.9和 2.9。当箍筋间距相同
14、时,箍筋质量锈蚀率对 A 系列试件抗压强度的影响程度大于 B系列试件。例如,AL2 和 BL2 的箍筋质量锈蚀率分别为 9.8和 10.3,相比于 AL0 和 BL0,其抗压强度分别降低了 7.8和 2.7;AS2 和 BS2的箍筋质量锈蚀率分别为 16.7和 20.8,相比于 AS0 和 BS0,其抗压强度分别降低了 10.1和7.6。图 1 试件的几何尺寸及配筋 mmFig.1 Geometryandreinforcementofspecimens表 1 试件单轴受压试验的基本数据Table1 Basicdataofspecimensunderuniaxialcompressiontest
15、编号 fco MPaSh mm Xcorr fcc MPa 编号 fco MPa Sh mm Xcorr fcc MPa 编号fco MPaSh mm Xcorr fcc MPaAL025.46500032.0BL024.96500033.8CL018.05500026.3AL125.4654.930.6BL124.9657.731.3CL118.05516.824.9AL225.4659.829.5BL224.96510.332.9CL218.05521.822.0AL325.46517.524.8BL324.96512.329.6CL318.05531.520.7AM025.4400003
16、3.9BM021.74000036.9CM024.44000036.3AM125.4407.331.8BM121.7405.635.3CM124.4407.634.2AM225.44012.531.2BM221.74010.034.1CM224.44022.830.1AM325.44021.629.0BM321.74013.433.6CM324.44032.929.9AS024.92500039.6BS021.72500044.8CS024.42500044.8AS124.9259.536.8BS121.72514.943.5CS124.4259.342.4AS224.92516.735.6B
17、S221.72520.841.4CS224.42510.042.6AS324.92525.034.3BS321.72525.038.5CS324.42513.633.7注:fco为与箍筋约束混凝土试件具有相同尺寸的非约束(没有纵筋和箍筋)混凝土试件的轴心抗压强度,Sh为箍筋间距,Xcorr为箍筋质量锈蚀率,fcc为锈蚀箍筋约束混凝土试件的抗压强度。3个系列中部分试件的破坏形态如图2所示。观察分析图 2 可知,当试件发生轴压破坏时,箍筋断裂位置主要集中在柱轴压破坏处,且部分纵筋向外弯曲。对于 A 系列试件,当箍筋质量锈蚀率小于 12.5时,箍筋未发生断裂,当箍筋质量锈蚀率大于 16.7时,大部分
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