钢筋混凝土桥梁中钢筋锈蚀对结构可靠性的影响分析

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1、钢筋混凝土桥梁中钢筋锈蚀对结构可靠性的影响分析王向东中铁十八局集团有限公司天津300222摘要：研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土(RC)桥梁结构可靠性的影响具有重要的参考意义。以工程实际为例，先分析钢筋锈蚀原理并预测钢筋锈蚀后屈服强度力学模型，然后借助ANASYS有限元软件中PDS可靠度分析模块。以钢筋锈蚀后屈服强度为基本参数，分析出RC桥梁随时间发展的应力值、变形值，最后根据结构失效准则分析钢筋锈蚀对RC结构的影响规律。研究成果可为桥梁加固维修提供数据参考。关键词：钢筋混凝土(RC)桥梁；钢筋锈蚀；ANASYS有限元软件；可靠性中图分类号：TU997文献标志码：BDOI

2、：10．14144／j．cnki．jzsg．2016．02．038AnalysisofImpactofReinforcementCorruptiononStructuralReliabilityinRCBridgeWANGXiangdongChinaRailway18thBureauGroupCo．，Ltd．Tianjin3002221钢筋混凝土桥梁钢筋锈蚀的原因(f。)、or()——钢筋混凝土结构服役至第t。年时，钢筋锈蚀原因主要分为以下3种：一是混凝土结构密实钢筋锈蚀实际深度的平均值、标准差。性差。混凝土施工时，由于混合料配合比不良、含水率较由于钢筋锈蚀导致其

3、直径较小，故其横断面有效面积高、振捣不密实等造成结构硬化后内部含有较多孔隙，因会发生变化，根据文献[1]，钢筋锈蚀后横截面有效面积随此加快了腐蚀介质渗入速度；二是混凝土碳化反应。混凝时间发展的规律如式(3)、式(4)所示。土结构中碱性物质与腐蚀性气体反应，降低了钢筋表面的^(6(t)／do一42rao2(3)碱性保护层，从而加快了钢筋锈蚀速度；三是检测、维护or(0=0-2、～12—32p6(0／d；】(4)不到位。在桥梁结构运营中，若未定期对桥梁结构进行检式中：d钢筋初始直径值。测、维护加固，将导致结构破损处得不到及时修复，从而由于钢筋屈服强度与截面积遵循一定规

4、律，因此，若使局部钢筋暴露而产生锈蚀。钢筋锈蚀导致有效截面积随时间发展而减小，则可归纳出其屈服强度平均值和标准差随时间发展的力学模型公式如2钢筋锈蚀的力学模型式(5)、式(6)所示【2】。研究发现，若混凝土内部钢筋出现锈蚀，则其有效面肛(f)=[0．986—1．038p^(f)](5)积将变小，其屈服强度会降低，导致钢筋混凝土桥梁承载(f),／to．986—1．038p(d／,o+(1．038~4)(f)能力减小。(6)根据文献[1】，在钢筋表面发生锈蚀时，其锈蚀深度式中：J_—钢筋的初始屈服强度平均值；随时间发展而遵循一定的规律，具体公式如式(1)、式_一钢筋的

5、初始屈服强度标准差，取0．05。(2)所示。6(沪6(to)Xexp[O．0004(t-to)](1)3钢筋混凝土桥梁可靠性分析准则or6(f)=or6(to)[1+O．025(t-to)】(2)1)应力准则：根据《材料力学》中的构件应力容许式中：(f)__一钢筋锈蚀深度平均值；准则，若结构构件内一点所承受的最大应力达到极限应力(f卜锈蚀深度的标准差；时，则可判断此构件在该点失效。2)变形准则：根据结构设计原理，梁构件在外载荷作』作者简介：王向东(1982一)，男本科，工程师。用下，其跨中最大变形应不大于最大容许值。其中，简支通信地址：天津肃河西区柳林东中铁十，局

6、(3~222)桥主梁的最大变形值为L／6o0。收稿日期：2015--1卜o3根据文献[3】，将0．85卢作为结构失效的临界值，即结2016．2．Bu_ldingConslructi。n田王向东：钢筋混凝土桥梁中钢筋锈蚀对结构可靠性的影响分析构构件的动态可靠度指标<0．85时，则认为结构已处0于失效状态。各级公路桥梁的安全设计等级如表1所示，各安全等级相对应的失效概率如表2所示。／混凝土脱落钢筋锈蚀I-x一测试区／表1公路桥梁结构承载能力极限状态的可靠指标l，2盟u：]5OO，l破坏类安全等级型——钢筋裸露锈蚀处一级二级三级——钢筋被混凝土保护处延性破坏4-74-2

7、3-7图25梁钢筋锈蚀电位检测测区布置示意脆性破坏5_24．74-2表2结构构件目标可靠指标卢与对应的失效概率(Pf)位值均大于200mV，故推断5梁腹板主筋测区范围内存在锈蚀状况并向桥台侧延伸1．5m左右。4-2_3RC桥梁可靠度判断依据1)应力限值：由于该桥建设年代较早，故混凝土参4基于ANSYS的RC结构可靠性影响分析数取值根据89规范，其中c25混凝土抗压强度标准值为4．1ANSYS可靠度分析机理17MPa，则钢筋混凝土梁结构中最大应力值不大于17MPa由于在概率设计时，用来评估模型的输入参数或假设时，认为该桥处于安全可靠状态。条件都是不确定的，即在某一确

8、定的时刻或