負(fù)載銹蝕鋼筋混凝土梁損傷特征及其抗力性能研究.pdf

1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在服役過(guò)程中常因耐久性問(wèn)題而提前失效，針對(duì)此類問(wèn)題的研究國(guó)內(nèi)外學(xué)者已做了大量工作，但多基于單因素作用或未將荷載作用考慮在內(nèi)，與實(shí)際工程中混凝土結(jié)構(gòu)所處環(huán)境多有不符。位于沿?；蚝畢^(qū)等惡劣環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)在其服役過(guò)程中除受到荷載作用外，常經(jīng)受凍融循環(huán)和鋼筋銹蝕等作用，為充分應(yīng)對(duì)多因素耦合作用對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響，明確其劣化特征及抗力性能，需開(kāi)展鹽凍、荷載及鋼筋銹蝕等多因素耦合作用下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究。
　　為此，本文

2、首先考慮到鋼筋混凝土構(gòu)件在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)加速劣化與自然環(huán)境下的損傷可能存在差異，探究了鋼筋混凝土梁通電銹蝕與自然銹蝕的相似性，提出了較為合理的加速銹蝕方法?；诖?，并利用課題組發(fā)明的混凝土梁反力加載試驗(yàn)裝置，分別進(jìn)行了常溫及寒冷環(huán)境下混凝土梁在負(fù)載、鹽凍及鋼筋銹蝕等多因素耦合作用下的劣化特征和抗力性能研究。具體而言，主要展開(kāi)的工作及所獲結(jié)論如下：
　　1）試驗(yàn)研究了箍筋配置與否、箍筋與縱筋是否絕緣以及負(fù)極布置位置對(duì)鋼筋混凝土梁通電銹蝕特

3、征的影響。結(jié)果表明：完好梁箍筋對(duì)與其相交處縱筋有阻銹作用，而箍筋與縱筋絕緣梁則無(wú)此現(xiàn)象；不同銹蝕方式下試驗(yàn)梁首條銹脹裂縫均處于梁頂受拉區(qū)，負(fù)極位于梁頂銹蝕效率較高，但銹蝕物不能充分氧化，呈墨綠色；結(jié)合自然銹蝕梁的銹蝕特征提出了較為合理的混凝土梁通電銹蝕方法。
　　2）基于前述建立的銹蝕方法，研究了室溫下不同負(fù)載水平和持荷時(shí)間鋼筋混凝土梁的銹蝕特征。結(jié)果表明：混凝土梁的鋼筋骨架中箍筋銹蝕最嚴(yán)重，其次是縱向受拉筋，受壓縱筋銹蝕最輕微，

4、箍筋平均銹蝕率是縱向受拉筋的2~3.4倍；負(fù)載對(duì)受拉縱筋平均銹蝕率無(wú)明顯影響，但會(huì)顯著影響其銹蝕不均勻程度，使縱筋表面銹坑、銹疤增多，荷載效應(yīng)不同造成鋼筋保護(hù)層的電阻分布及阻值大小差異是導(dǎo)致梁銹蝕形態(tài)隨持荷水平而變化的本質(zhì)原因。
　　3）借助步入式人工環(huán)境試驗(yàn)箱模擬凍融交變環(huán)境，研究了寒區(qū)鹽凍負(fù)載銹蝕耦合作用下的混凝土梁的劣化特性。提出了基于模態(tài)測(cè)試分析的方法評(píng)定鋼筋混凝土構(gòu)件凍融損傷程度的評(píng)價(jià)方法，分析了負(fù)載對(duì)混凝土梁凍融損傷的

5、影響及凍融損傷對(duì)混凝土梁通電銹蝕特征的影響，結(jié)果表明：試驗(yàn)梁二階固有頻率的變化能較好反映凍融損傷狀況，負(fù)載作用加劇了混凝土梁的凍融損傷，多因素耦合作用下的損傷程度明顯大于單因素作用情況；凍融環(huán)境下，鋼筋銹蝕效率降低，但凍融損傷過(guò)后的常溫狀態(tài)，鋼筋腐蝕速率加快。
　　4）基于試驗(yàn)結(jié)果，研究了不同負(fù)載水平及銹蝕程度梁的抗彎承載力和變形性能，詳細(xì)分析了連續(xù)負(fù)載期間混凝土梁的變形特征及整個(gè)加載過(guò)程中鋼筋混凝土梁粘結(jié)性能的退化情況。結(jié)果表明

6、：受拉縱筋錨固完好梁在相同銹蝕時(shí)間下，負(fù)載梁極限承載力略高于不負(fù)載梁，負(fù)載歷史對(duì)其抗彎剛度有一定影響，負(fù)載作用結(jié)束后繼續(xù)加載初期，其剛度有2.23~6.77倍的增加；在計(jì)算梁正截面承載力時(shí)，無(wú)需考慮鋼筋混凝土協(xié)同工作系數(shù)，而且對(duì)于配筋率較高的低銹蝕率（<6％）梁，甚至可以忽略鋼筋有效面積的減小，仍按完好梁估算。
　　5）通過(guò)試驗(yàn)和數(shù)值仿真對(duì)無(wú)粘結(jié)梁抗力性能進(jìn)行了研究，進(jìn)一步探究了銹蝕、凍融及其耦合作用條件下，鋼筋混凝土梁受拉區(qū)粘結(jié)

7、作用失效后，對(duì)其抗力性能的影響。分析了無(wú)粘結(jié)區(qū)的長(zhǎng)度及其分布位置對(duì)混凝土梁破壞特征、正載面承載力及變形性能的影響。結(jié)果表明：當(dāng)無(wú)粘結(jié)區(qū)分布于試驗(yàn)梁中部（沿跨中對(duì)稱，包含純彎段）時(shí)，隨無(wú)粘結(jié)長(zhǎng)度的增加，試驗(yàn)梁極限承載力增加，但抗彎剛度有所降低；當(dāng)無(wú)粘結(jié)區(qū)分布于彎剪段時(shí)，極限承載力變化不明顯，但抗彎剛度有所降低，隨無(wú)粘結(jié)區(qū)分布長(zhǎng)度增大，抗彎剛度降低幅度增大，且無(wú)粘結(jié)區(qū)分布于純彎段范圍內(nèi)越少，抗彎剛度降低幅度越大；在受拉縱筋錨固完好的情況下，

8、無(wú)粘結(jié)梁剛度減小主要是因受拉縱筋平均應(yīng)變較大所致。
　　6）基于鹽凍融環(huán)境下負(fù)載銹蝕混凝土梁抗力性能的試驗(yàn)結(jié)果，探討了凍融損傷后受拉縱筋粘結(jié)性能的退化特性及其變形性能和正截面承載力。結(jié)果表明：連續(xù)負(fù)載期間，凍融循環(huán)階段試驗(yàn)撓度變化較快，凍融損傷程度越大撓度增量越大；因凍融損傷導(dǎo)致的受拉區(qū)鋼筋混凝土粘結(jié)性能損傷致使試驗(yàn)梁受力模式向拉桿拱模式轉(zhuǎn)化，在受拉縱筋兩端錨固完好受壓區(qū)混凝土無(wú)損傷的情況下，凍融銹蝕梁極限承載力總體不低于完好梁。