文摘
不锈钢棒的使用可以提高建筑材料的耐用性和可持续性。通过静态性能测试,本研究分析了故障模式和轴承的性能偏差不锈钢钢筋混凝土(中心)列。纵向钢筋配筋率和偏心率的影响标本的力学性能进行了研究。不锈钢酒吧不同的本构模型是用来计算的极限承载力柱在偏心受压柱的截面。基于实验结果,修改设计规范的表达方法。,结果与测试结果。结果表明,中心柱的破坏模式和失效模式在本质上是相同的传统的钢筋混凝土柱。中心柱的承载力增加纵向配筋率的增加,并增强延性的标本。试件的极限荷载随偏心率的增加而减小,但挠度逐渐增加。中跨截面的应变分布的中心列符合平面部分假设。 The bearing capacity of the specimen can be analyzed by referring to the calculation method of the specification, and some parameters in the calculation formula of the specification are modified to adapt to the design and calculation of the SSRC column.
1。介绍
钢筋腐蚀问题普遍存在于混凝土结构的耐久性,导致建设项目的不可持续性。调查结果显示,超过80%的混凝土结构有一定程度的耐久性问题或更严重的钢铁腐蚀建筑(5 - 10年后1]。如何提高钢筋混凝土结构的耐久性和可持续性在不良环境条件下已成为一个紧迫的问题,需要解决方案。目前,主要采取的措施防止的快速腐蚀钢筋,提高钢筋混凝土结构的耐久性包括(2- - - - - -5)表面涂层的普通钢筋防锈材料,使用环氧涂层钢筋和热浸镀锌钢棒,控制混凝土的质量,使用不锈钢酒吧。为了从根本上解决钢铁腐蚀造成的一系列问题,使用不锈钢酒吧是第一选择。不锈钢钢筋是一种合金钢,含有大量的铬,以防止钢铁生锈。它能生成一层薄而光滑的无色、透明的氧化膜表面的弱腐蚀介质保护它免受环境条件,如空气和水。现有的研究都集中在不锈钢的耐蚀性;然而,相对较少的力学性能研究中心成员。偏心受压构件是最基本和重要的机械组件在建筑的结构6];因此,研究其力学性能具有理论意义和较高的应用价值。
目前,在中国,有一个不锈钢酒吧的研究和应用范围及其复合材料。主要集中在两个方面:一是研究其腐蚀法在模拟混凝土孔隙液,另一个是研究其腐蚀法在砂浆或混凝土的环境中,通常与碳钢相比,酒吧在同样的情况下通过监测腐蚀速率。2006年,四川等人初步讨论了中心梁的力学性能,石板,和列7- - - - - -11]。2007年,永盛等人研究和分析了使用不锈钢酒吧对挠度的影响,混凝土梁的裂缝宽度、极限承载力和验证,该中心梁可以满足的要求指定的最大挠度和最大裂缝宽度限制在普通钢筋混凝土结构的设计12]。2011年,Huanxin等人发现不锈钢酒吧的本构模型的区别和普通钢筋(13]。2013年,加威等人讨论的影响使用不锈钢钢筋混凝土梁的承载力通过疲劳试验和研究中心梁的力学性能,其中包括钢筋和混凝土的应力-应变关系10]。2013年,Huitao的力学性能进行了试验研究不锈钢棒、不锈钢钢筋和混凝土之间的粘结性能,并科学分析和研究中心梁的抗弯性能。结果表明,强度、伸长率、冷弯性能的不锈钢酒吧是高于普通热轧钢筋。不锈钢钢筋和混凝土之间的粘结性能很好。在相同的强化条件下,中心梁的承载力高于普通热轧钢筋混凝土梁,法律是一致的,失败和飞机部分假设仍然是适用的14]。2014年,陈长等人利用potentiodynamic扫描技术和电子显微镜测试研究不锈钢杆的临界氯离子浓度和普通钢筋在模拟混凝土孔隙流体和得出结论,不锈钢杆的临界氯离子浓度超过20倍的普通钢筋及其耐腐蚀性能远优于普通钢筋(15]。2016年,图版等人提出了一个初步的计算方法不锈钢钢筋和混凝土之间的结合力(16),认为混凝土梁的承载能力与不锈钢酒吧相对更大。2018年,海龙的临界值等人得出的结论是,耐腐蚀的不锈钢酒吧新拌混凝土的模拟液体是碳钢的75倍以上17]。2018年,易建联等人研究了不锈钢的腐蚀规律酒吧和普通钢筋混凝土结构中使用。结果表明,碳钢的腐蚀速率酒吧与不锈钢酒吧明显加速,和电化学腐蚀与腐蚀时间的增加加强。与此同时,两种钢筋重叠时,电化学腐蚀是更严重的18]。2019年,Chunyi等人提出了不锈钢钢筋和混凝土之间的结合力公式(19]。
然而,海外研究应用不锈钢酒吧是一个长期存在的问题;早在1937年,墨西哥的多尔码头桥使用不锈钢的代替普通钢筋来提高结构的耐久性(20.]。国外学者的研究主要集中在耐腐蚀不锈钢酒吧。例如,在1985年,Zoob等人对304不锈钢进行了耐蚀性测试酒吧。容许氯化物含量的研究表明,不锈钢酒吧埋在混凝土的7 - 10倍普通钢筋在相同的环境中,没有明显的腐蚀不锈钢酒吧。1988年,火石等人被埋316不锈钢棒的一端和碳在混凝土和钢筋的另一端与海水相接触。实验结果显示,当地侵蚀的不锈钢酒吧只发生在海水的浸泡部分,不锈钢酒吧包裹在混凝土保持完整,整体实力并没有受到影响。然而,碳钢的腐蚀酒吧是重要和强度严重降低(21,22]。1995年,麦当劳和别人进行同样的试验研究中心成员和结果表明,中心成员的耐蚀性优于普通钢筋混凝土构件(23]。1998年,名导等人进行腐蚀试验,科学分析和研究中心成员高pH值和高氯环境中,发现的耐腐蚀不锈钢钢筋是极其优秀的。它仍然可以保持在高pH值和高氯环境中被动(24]。2002年,阿伯等人用氯化钠溶液模拟混凝土孔隙液和使用EIS法和ZRA法来研究电化学腐蚀行为的不锈钢酒吧和碳钢筋。结果表明,如果碳钢棒和不锈钢杆连接在模拟孔隙流体,电化学腐蚀的可能性很小(25]。卡斯特罗(2003)进行测试的力学性能和腐蚀性能的奥氏体不锈钢热轧和冷轧条件下钢筋(26]。布兰科等人通过实验比较两种传统的奥氏体钢的腐蚀行为,利用不锈钢与低镍奥氏体钢(27]。2010年,米兰Kouřil等人研究了耐腐蚀的不锈钢酒吧电化学测试,结果表明,临界氯离子浓度的不锈钢钢筋混凝土结构不仅取决于不锈钢的化学成分和混凝土孔隙液的pH值,还在钢的表面状态。不锈钢酒吧和光滑表面具有良好耐腐蚀性能,而不锈钢酒吧与粗糙表面弱抗氯离子(28]。2013年,汉森等人使用线性极化法比较的腐蚀性能不锈钢酒吧和氯化碳钢筋混凝土环境相同的浓度。结果表明,普通碳钢的腐蚀钢筋发生在两周内,而不锈钢钢筋开始锈蚀后139周。使用不锈钢酒吧有一个显著的影响在提高混凝土结构的使用寿命29日]。咖啡厅和名导低镍的chloride-induced耐腐蚀测试双向不锈钢螺纹钢筋在不同温度范围和传统的奥氏体不锈钢螺纹棒(30.]。近年来,国外研究不锈钢的力学性能逐渐提高。2015年,Mdina等人进行了一系列的实验研究三种结构属性的不锈钢棒(奥氏体AISI304、双向AISI2304和新的双向AISI2001)在强化,部分,分别和结构成员的水平(31日]。在2016年,加德纳等人进行了164对四种加热测试不锈钢棒(1.4307 [304 ln), 1.4311 (304 ln), 1.4162 (LDX2101)和1.4362[2304])在高温条件下(32]。2019年,Yibu等人进行了一项试验研究的力量59不锈钢焊接部分使用通过传统焊接和激光焊接33]。2019年,Bemfica等人研究了轴向扭转疲劳和循环变形行为的304 l不锈钢在室温下酒吧34]。
不锈钢酒吧有高强度,抗弯强度高比率、高疲劳寿命、高冲击韧性,和其他属性。当前的主要问题应用不锈钢钢筋是高价格,影响工程建设的初始成本。但是,一般来说,不锈钢钢筋只能用于实际项目的关键部分,因此不锈钢钢筋的比例在整个项目成本非常小和其他一些不锈钢钢筋的特点也使其生命周期成本远低于碳钢的35]。与普通钢筋相比,首先,应用不锈钢酒吧可以降低混凝土的厚度和钢筋的数量。其次,运输,加工,安装不锈钢酒吧没有特殊要求,以及建筑成本是25%低于环氧涂层碳钢酒吧。第三,不锈钢钢筋混凝土建筑物需要很少或根本没有维护,可以减少维护和检验成本,从而降低维修中断操作的社会成本。联邦高速公路管理局(供)进行了成本分析的三座桥建在伊利诺斯州有不同的抗锈的方法。结果表明,桥的初始成本与不锈钢钢筋增加了16%,但它花了约6倍长裂纹,导致显著减少维护成本(36]。V al等人提出一种时变的概率模型预测维修和更换的预期成本,然后,该模型用于计算不同暴露的钢筋混凝土结构在海洋环境条件下的生命周期成本。结果表明,尽管不锈钢的价格是6到9倍的碳钢、不锈钢棒的使用是合理的在生命周期成本的基础上(37]。弗兰克·n·史密斯分析了严重的腐蚀问题在服务在瑞典的厄兰岛大桥,指出,如果这座桥是由不锈钢酒吧、建设成本只会增加8%,但100年的生活可以通过很少的维护(38]。应对等人评价的优越性不锈钢传统钢铁方面的长期使用成本和用户成本的数据从一个中西部州在美国,使用蒙特卡罗模拟方法对于大多数分析场景,证明了在不确定性的情况下,使用不锈钢作为桥梁加固材料比传统更经济划算,这是钢(39]。尤尼斯等人进行了生命周期成本分析高层建筑基于100年的研究期间,表明,该组合使用不锈钢酒吧有寿命周期成本(LCC)比传统的组合(即下降了约50%。,具体包含新鲜水,天然骨料,黑钢)[40]。
虽然有很大进步在不锈钢酒吧的研究,大多数集中在不锈钢材料本身的性能,如不锈钢基本力学性能、可焊性和耐蚀性。然而,混凝土结构的力学性能研究相对较少的成员包含不锈钢酒吧。当使用不锈钢钢筋在混凝土压缩成员,不锈钢钢筋和混凝土材料是否充分发挥出自己的优势需要通过严格的测试验证。针对这一点,本文将考虑该中心列为研究参与者。通过测试、理论分析、数值模拟等技术方法,中心柱的力学性能进行了研究。
2。实验设计
2.1。标本
为了进行这项研究,八个中心偏心压缩列被设计和建造。每个标本的部分确定是250毫米150毫米,1000毫米的高度。采用对称配筋的形式,混凝土保护层厚度是25毫米。模型使用的不锈钢棒沿纵向方向的标本是2304年。标本的具体维度和强化布局如图所示1。
(一)
(b)
(c)
与此同时,六150毫米150毫米150毫米标准混凝土同伴标本每个具体偏见的标本。这是用于测试标本的混凝土强度。
2.2。实验方法
标本的设计参数表中列出1。进行测试为什么- 5000 kN液压机器。为了测量混凝土的应变,6个应变片粘贴等距在中间部分的标本。三个应变仪均匀表面粘贴的每个纵向不锈钢钢筋标本测量纵向钢筋的应变。中间部分的底部表面的标本,等距,5位移米被测量挠度的标本。数据2和3分别显示负载图和应变分布。裂缝发展、混凝土应变、钢筋应变、横向位移,和其他在测试期间测试现象观察和记录。
2.3。混凝土和钢筋的力学性能
在这个实验中,使用2304不锈钢酒吧。不锈钢试样直径12毫米,16毫米和25毫米被选为拉伸试验。测试结果和力学指标的不锈钢棒图所示4和5和表2。
混凝土的设计强度C45标本,测量强度的混凝土试块表所示3。混凝土的轴向抗压强度计算使用公式(1),根据混凝土结构设计的代码(gb50010 - 2010)。考虑到所有的标本都是制造和测试在实验室条件下,减少0.88倍可以忽略,所以混凝土的实际强度可以计算使用公式(2)。计算混凝土的力学性能如表所示3。
3所示。结果与讨论
3.1。实验现象和失效模式
实验可分为两种情况:大偏心受压,最初的怪癖是150毫米和200毫米,和小偏心受压,包括最初的怪癖50毫米和100毫米。标本与D1、D2标本数量的那些大偏心受压和标本的失效模式与大偏心受压本质上是相同的。当负载增加到峰值负载的15 - 25%,2 - 4水平裂缝形成的拉伸区域,科学分析和研究中心的列。这些裂纹在拉伸的时候带,不锈钢棒上的应变和中跨偏转的中心列大大增加。随着负载的继续增加,或多或少等距的裂缝,形成几大裂缝。进一步增加的负载,裂缝的宽度增加,逐步扩展到压缩区,和高度的压缩区中心列减少。当荷载达到80 - 90%的高峰负荷,不锈钢拉伸区域的酒吧是接近屈服:不锈钢棒上的压力迅速增加,高度压缩带的样品减少,混凝土的压缩应变压缩带的混凝土柱和不锈钢酒吧增加,和纵向裂缝出现。随着负载的继续增加,突然标本的承载力降低,混凝土的应变压缩区达到极限压应变状态,和标本了。破坏的标本,混凝土的受压面积了,而不锈钢酒吧在压缩区没有屈服,不锈钢酒吧在拉伸区域。标本的横向偏转大,有韧性的特点失败(41]。
标本的D3、D4标本的标本数量小偏心受压,所有标本的失效模式和小偏心压缩本质上是类似的。当负载增加到25 - 40%的高峰负荷,几个小拉伸区出现了裂缝,裂缝的宽度压缩区及其扩展不明显。没有主要裂缝形成和应变的边缘压缩区标本的迅速增加。随着负载的增加,压力不锈钢酒吧和混凝土的受压面积标本显著增加,拉伸区域的裂纹扩展和发展缓慢。当接近失败条件,纵向裂缝出现在混凝土的压缩区。破坏是突然,没有任何明显的症状,破碎面积大。标本被毁时,钢筋的最接近加载点产生,而钢筋在最远的从装载点没有。标本的侧向挠度很小,和脆性的标本显示,某些特征(41]。的失效模式标本图所示6。
(一)
(b)
3.2。载荷挠度曲线
每个试样的载荷挠度曲线如图所示7。可以看出图中中心偏心压缩的载荷挠度曲线列或多或少是分为三个阶段。第一个是线弹性阶段:中心柱的承载力仍小,标本没有裂缝和挠度也小。在这一点上,简是近似线性的关系。第二阶段是非线性提升阶段:随着荷载的增加,裂缝的数量和宽度增加试样的拉伸区和裂缝进一步扩展到压缩区。标本的塑料特征越来越明显。在这个阶段,有一个非线性负载和挠度之间的关系,与负载的增加,关系变得越来越明显,斜率变得越来越小,表明试件刚度连续下降。第三个阶段是下行阶段:峰值负载超过后,试件的挠度增加和减少负荷(42]。的下降部分大偏心受压中心列相对温和,和延性的标本是好的。为了保护仪器、位移计对一些标本被在峰值负载的80%,所以下降部分不是呈现在图。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
3.3。影响因素分析
为了研究不锈钢钢筋混凝土偏心压力的压力列,每个标本的load-reinforcement应变曲线绘制,如图8。我们可以看到在图8,载荷应变曲线大偏心率衰竭的标本(d1, B-D1 B-D2, C-D1)或多或少可以分为以下三个阶段:弹性阶段,应变和加载的拉伸不锈钢酒吧表现出近似线性关系;非线性阶段,压缩带的高度与负载的增加逐渐减小,压力重新分配,和不锈钢条的载荷应变曲线偏离原来的线性关系,开始显示非线性;最后,近似水平的发展阶段,不锈钢钢筋应变增加,酒吧是接近屈服。充分利用拉伸区和压缩区,不锈钢酒吧没有屈服。标本的小偏心故障(A-D4, B-D3、B-D4 C-D4),压缩的载荷应变曲线钢筋基本上是相同的拉伸不锈钢酒吧很大偏见的压力。不锈钢条的压缩区最终产生,这意味着不锈钢酒吧在压缩区可以充分的利用。不锈钢钢筋的应变拉伸面积小,不屈不挠,不充分的利用。这是普通混凝土柱的小偏差的同义词。当偏心拉伸不锈钢酒吧是50毫米,不锈钢酒吧离你最远的加载点似乎也在压缩(42]。这是因为初始偏心距太小,所以钢筋拉伸区域的标本似乎受到压缩,如图表所示(f)和(h)图8。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
不同强化比率的载荷挠度曲线的纵向钢相同的偏心率是显示在图9。从图表可以看出,纵向钢筋的比例有重要影响的承载力和挠度,科学分析和研究中心列。当初始偏心是200毫米意思标本是在大偏心压缩,用相同的负载条件下,配筋率越小,偏差越大,奉承载荷挠度曲线。当初始偏心是50毫米,小偏心压缩的情况下,不锈钢的纵向配筋率的变化对试件的挠度影响不大。
(一)
(b)
偏心负载有很大的影响和混凝土柱的偏转。在相同条件下,相对应的挠度极限载荷的中心柱上升与偏心率的增加,载荷挠度曲线是温和的,标本的承载力降低。偏心的影响的比较,科学分析和研究中心列的载荷挠度曲线如图10(43]。
(一)
(b)
(c)
3.4。主要结果
本研究的主要结果如表所示4。从表中可以看出,大偏心压力条件下,不锈钢棒拉伸方面已经产生了,而不锈钢酒吧在压缩方面几乎没有。这种现象是不同于普通碳增强混凝土标本。在小偏心压力的情况下,钢铁在压缩方面大多了,而不锈钢酒吧一边从装载点没有最远的,是符合普通碳增强混凝土的标本(44- - - - - -48]。不锈钢棒可以在混凝土柱发挥更有益的作用,但也有一些差异,普通钢筋混凝土柱。因此,计算中心列不能复制标准的普通钢筋混凝土柱的结果。
4所示。承载能力计算
4.1。平面部分的验证假设
图11显示了在中跨部分应变沿高度分布在各种负载。可以看出,该列的应变沿高度分布在中跨部分标本的制服,主要是线性的,符合要求的平面部分假设[49]。
(一)
(b)
(c)
(d)
4.2。极限承载力的计算
不锈钢钢筋的力学性能如表所示5。
不锈钢的本构模型采用钢拉斯穆森模型和本构模型根据中国当前的标准(50]。
拉斯穆森模型的数学表达式 在哪里初始弹性模量;残余应变,= 0.002; ,和是点对应于0.01%的残余应变的钢筋;切线的斜率在名义屈服点; ;和 。
钢筋本构模型的数学表达式,在中国当前的代码 在哪里钢筋应力,是初始弹性模量的钢,钢筋应变,的名义屈服应力是不锈钢酒吧,相对应的应变名义钢筋的屈服应力,是相对应的峰值应变极限强度的钢铁,然后呢k是钢的硬化部分的斜率,在哪里 。
根据力平衡的受损部分不锈钢钢筋偏心压缩成员和张力的中心点的瞬时平衡钢铁酒吧、承载力的计算公式,科学分析和研究中心的矩形截面偏心压缩列可以获得43]:
极限承载力的理论值不锈钢钢筋混凝土偏心压力试样在两种本构模型也可以获得,见表6。
4.3。比较分析
在这个实验中,8不锈钢钢筋混凝土柱偏心承载力进行了测试,实验值与理论计算值进行了比较。比较结果如表所示6。通过比较分析,可以看出,不锈钢钢筋混凝土柱的极限承载力的偏心承载力失效样品相似的理论计算结果不锈钢钢筋本构模型。考虑到方便的计算和验证,钢材本构模型在中国当前的代码是用来进行计算。然而,计算承载能力的不锈钢柱偏心受压构件是更合适的。随后,中国规范模型修正使计算结果更相关和提供了一个安全储备。公式(6)和(7)标准模型用于修改,修改后的结果如表所示7。表中可以看到7之间的误差的理论计算值和试验值修改不锈钢偏心受压试件的承载力很小。在一个合理的范围内,公式(6)和(7)可用于修改标准模型。
为小偏心压缩成员,在计算承载力时,偏心受压混凝土的强度计算公式,为列所示(6)。完成计算,公式(6)被添加到公式(5不锈钢的)和小偏心受压计算。的理论计算承载力压缩试样表所示7。
为大偏心压缩成员,使用下列计算公式在计算承载力时获得,科学分析和研究中心的理论承载力计算值列,在大偏心受压。计算结果如表所示7。
在这里, 。
5。结论
摘要8不锈钢杆压缩组件组装和测试。根据测试结果,该中心柱的力学性能进行了分析和承载力的计算公式,科学分析和研究中心的偏心压缩成员提出了。中心柱的承载力影响因素进行了分析。主要结论如下:(1)中心偏心受压柱的失效模式的极限状态是一样的普通混凝土柱。大偏心受压构件的破坏发生时,在压缩区混凝土压碎。然而,不锈钢酒吧在压缩区没有屈服,而不锈钢拉伸区域的酒吧。标本的侧向挠度比较大,它显示延性失败的特征。小偏心受压构件的失败,不锈钢酒吧装载点附近产生,而不锈钢酒吧最远的从装载点没有。标本的侧向挠度相对较小,这表明它是一种脆性破坏。(2)偏心受压柱挠曲负荷曲线的不锈钢酒吧或多或少可以分为以下三个阶段:线弹性阶段、非线性提升阶段,和下降阶段。与小偏心相比,下行的大偏心受压构件的延性相对温和,标本优越。在大偏心compression-when标本在同一加载配筋率越小,偏差越大。在小偏心受压的情况下,纵向配筋率的变化的不锈钢酒吧几乎没有影响标本的偏转。当其他条件相当,相对应的挠度极限载荷的中心柱上升与偏心率的增加和载荷挠度曲线是温和的。(3)中跨截面的应变分布的中心柱小偏心压力与假设一致的平面部分高度,理论上可以计算根据平面部分假设。(4)拉斯穆森模型和电流模型,采用中国规范,这两种类型的不锈钢钢筋本构模型目前最常用的。规范的公式模型简单,易于计算,允许修改规范的模型。根据修改后的比较和测试结果,结论表明,校正公式可用于不锈钢钢筋混凝土偏心压力柱承载力计算。计算结果是测试值的代表。
尽管本文的力学性能做了大量研究,科学分析和研究中心成员偏心压力,因为中心结构的复杂性和混凝土材料的离散性质测试,仍有许多问题需要解决:(1)研究混凝土结构的尺寸效应,科学分析和研究中心来解决大容量建设中心是否可以用于分析当前相关的理论。(2)搜索合适的混凝土结构的强度不锈钢酒吧可以发挥到最大程度。(3)开展实验研究弯曲,剪切,不锈钢钢筋混凝土结构的抗疲劳强度。对不锈钢酒吧在实际工程的应用和发展,需要更全面的研究和比较。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项研究是由中国国家自然科学基金,格兰特号码51679220。