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刘鹏（Liu Peng）是中国电建路桥集团有限公司（PowerChina Roadbridge Group Co., Ltd.）的高级工程师，该研究发表于《水 电 能 源 科 学》（water resources and power），第43卷第1期，2025年1月。

钢筋混凝土结构在湿度影响下的力学性能评估是土木工程领域的重要课题。当混凝土浸泡于水中时，内部渗透引发的水压力和表面张力会显著影响其力学性能及结构特性。近年来，虽然针对钢筋与混凝土粘结机理、粘结力组成部分及其影响因素的研究成果较多，但关于水环境下混凝土钢筋拉拔试验的相关研究较少。此外，构件浸水后力学性能劣化通常通过外在除险加固来处理，但对加固后的钢筋混凝土结构粘结性能的研究也较少。因此，本研究旨在通过不同浸泡时间条件下开展钢筋与混凝土的拉拔试验，分析试件破坏规律，并提出不同湿度下混凝土的粘结应力模型，为水环境影响下钢筋混凝土结构的力学性能评估提供依据。

本研究主要分为以下几个步骤：首先，采用数字图像相关方法（Digital Image Correlation Method, DICM）进行湿态钢筋混凝土的粘结性能相关试验。试验浇筑带钢筋的标准混凝土试件（长×宽×高=150 mm×150 mm×150 mm），钢筋名义内径为22 mm，粘接段长度为110 mm。试件在浇筑前用PVC套管包裹模具内两端钢筋各20 mm以控制粘接段长度，减少试件离散性。分别对钢筋连接处蜡封后浸泡0、0.5、1、3、5、7、14天，共计14个试件，每组3个无钢筋伴随试件，共计21个。混凝土设计为C40混凝土，在试件达到设计浸泡时间后立即对其开展钢筋拉拔试验（加载速率为1.2 mm/min）。同时，通过数字图像技术（DIC）检测其底面，分析拉拔过程中的应变情况。试验设备包括SJD-30型混凝土搅拌机、振动台、恒温恒湿养护箱以及北京睿拓实创科技有限公司生产的VIC-3D中速测试系统。

其次，基于Nielsen模型，结合混凝土的抗拉强度和钢筋的相关几何参数，分析钢筋和混凝土之间的粘结应力。模型表达式通过公式详细描述了粘接应力τu 的计算方式，其中涉及多个关键参数如内部径向最大压力pmax、裂缝倾角α、混凝土抗拉强度ft、裂缝宽度w0、加载速率v2等。通过对这些参数的分析，进一步揭示了孔隙水对钢筋混凝土粘结性能的影响。

试验结果显示，随着荷载的增加，试件应变逐步加大，靠近钢筋的位置应变变化显著，应变最大值出现在靠近钢筋的位置，同时裂缝由试件中心向试件表面迅速发展。根据钢筋滑移量及对应粘结应力绘制的粘结滑移曲线表明，对照组的最大粘接应力为最大，其次为浸泡0.5天试件，3~14天期间试件最大粘接应力变化不明显。总体上，随着浸泡时间增加，混凝土最大粘接应力减少，在3天左右达到极小值后保持稳定。极限粘接应力对应的滑移量（s0）随浸水时间增长而减小，在浸水3天后趋于稳定。

基于试验数据，研究修正了Nielsen提出的粘结应力模型，通过拟合得出了湿态混凝土粘结应力计算公式。具体而言，利用MATLAB对浸泡时间t、粘结应力计算值τu、粘结应力试验值τ*u进行数值拟合，得出三者拟合公式为：τ*u=-3.912 9-0.449 5t+1.214 0τu+0.032 04t²-0.018 56τut，R²=0.818 8。

本研究的主要结论包括以下几点：第一，利用数字图像相关技术可以清晰观察到浸水钢筋混凝土试件在钢筋拉拔过程中发生劈裂破坏时裂缝的发展过程，直至形成贯穿破坏导致混凝土瞬间劈裂及裂缝形成区域的应变值。第二，钢筋混凝土在浸水初期吸水量较大（0~5天），在浸水5天后吸水速率大幅减缓。钢筋混凝土的极限粘结应力随浸水时间的增加及吸水量的增大而减少，在浸水14天时达到最小值。同时，随着浸泡时间的增长，钢筋混凝土的极限粘结应力对应的相对滑移量也逐步下降，在浸泡3天时达到最小值，且逐步趋于一个稳定值。第三，对Nielsen提出的粘结应力模型进行了修正，通过拟合得出了湿态混凝土粘结应力计算公式。

本研究的意义在于为水环境影响下钢筋混凝土结构的力学性能评估提供了重要依据，特别是在实际工程中，钢筋混凝土结构在浸水初期会受到较大影响。此外，修正后的粘结应力模型可更准确地预测湿态混凝土的力学行为，具有较高的科学价值和应用价值。

本研究的亮点在于首次系统地探讨了湿度对钢筋混凝土粘结性能的影响，并通过数字图像相关技术和修正的Nielsen模型提出了湿态混凝土粘结应力计算公式。这一成果不仅丰富了钢筋混凝土粘结性能的研究内容，还为实际工程中钢筋混凝土结构的设计和维护提供了理论支持。