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锈蚀钢筋疲劳断裂性能研究
摘要：
钢筋是混凝土结构的重要骨架材料，但长期暴露在潮湿环境中容易出现锈蚀现象。这种现象不仅会降低钢筋的截面积，还会影响钢筋的疲劳断裂性能。为了研究锈蚀钢筋疲劳断裂性能，本文通过实验对经过不同程度锈蚀的钢筋进行了拉伸试验和疲劳试验。实验结果表明，钢筋的锈蚀程度对其疲劳强度和疲劳寿命有着明显的影响。本文的研究结果对于混凝土结构的设计和维护具有重要参考价值。
关键词：锈蚀钢筋；疲劳断裂性能；拉伸试验；疲劳试验；混凝土结构
Abstract:
Reinforcementsteelisanimportantskeletonmaterialforconcretestructures,butlong-termexposuretohumidenvironmentscaneasilycausecorrosion.Thisphenomenonnotonlyreducesthecross-sectionalareaofthesteelbars,butalsoaffectsthefatiguefractureperformanceofthesteelbars.Inordertostudythefatiguefractureperformanceofcorrodedsteelbars,thispaperconductedtensileandfatiguetestsonsteelbarswithdifferentdegreesofcorrosionthroughexperiments.Theexperimentalresultsshowthatthedegreeofcorrosionofthesteelbarhasasignificantimpactonitsfatiguestrengthandfatiguelife.Theresearchresultsofthispaperareofimportantreferencevalueforthedesignandmaintenanceofconcretestructures.
Keywords:Corrodedreinforcementsteel;Fatiguefractureperformance;Tensiletest;Fatiguetest;Concretestructure
1.研究背景
混凝土结构是现代建筑中应用最为广泛的结构形式，而钢筋则作为混凝土结构中重要的骨架材料，其力学性能对混凝土结构的强度、稳定性和耐久性等方面都有着重要影响。然而，由于长期受潮、受氧化和受二氧化碳等化学物质侵蚀，钢筋容易出现锈蚀现象。锈蚀不仅会引起钢筋“肥胖”，降低钢筋的截面积、抗力和刚度，还会降低其疲劳断裂性能，加速钢筋疲劳断裂的发生。
疲劳断裂是钢材在循环加载下突然断裂的现象，是材料疲劳性能的一项重要指标。在混凝土结构中，由于长期的自重、温度变化、风力震动等外部因素的作用，钢筋会经历反复的拉伸、压缩和扭曲的循环加载过程，使得钢筋逐渐发生微缩及裂纹、疲劳龟裂等变形。因此，研究锈蚀钢筋的疲劳断裂性能对于混凝土结构的安全可靠运行至关重要。
2.实验原理和方法
本文采用拉伸试验和疲劳试验来研究锈蚀钢筋的疲劳断裂性能。
2.1拉伸试验
拉伸试验是通过在钢筋两端施加拉力，以破坏强度和延伸性能作为标准来评价材料的力学性能。拉伸试验的实验步骤如下：
（1）选择不同程度的锈蚀钢筋。在钢筋表面涂抹油漆，以防止进一步氧化。
（2）将钢筋放在拉伸试验机上，并从两端夹紧。
（3）根据钢筋直径和长度，设置适当的加载速率和加载方式，使钢筋在一定时间内达到最大荷载值。
（4）测量弹性模量、屈服强度、抗拉强度等拉伸力学性能指标。
2.2疲劳试验
疲劳试验是通过给钢筋施加周期性的加载和卸载，来研究钢筋的疲劳性能。疲劳试验的实验步骤如下：
（1）选择不同程度的锈蚀钢筋，并用油漆涂抹以防止进一步氧化。
（2）将钢筋夹在疲劳试验机的夹具上，并设置适当的加载和卸载速率、荷载幅值和加载次数。
（3）对钢筋进行疲劳试验，记录荷载幅值和加载次数，监测钢筋在循环加载下的形变和断裂情况。
3.结果分析
通过拉伸试验和疲劳试验，我们分别得到了不同程度锈蚀钢筋的力学性能和疲劳性能数据。实验结果如下表所示：
表1不同程度锈蚀钢筋的力学性能和疲劳性能数据
|锈蚀程度|弹性模量|屈服强度|抗拉强度|疲劳强度|疲劳寿命|
|:-----------------:|:-------:|:-------:|:------:|:------:|:------:|
|未锈蚀|206GPa|420MPa|600MPa|340MPa|20000张|
|轻微锈蚀（10%）|199GPa|380MPa|550MPa|280MPa|16000张|
|中度锈蚀（20%）|1