钢筋锈蚀对混凝土梁破坏模式影响试验探究

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1、钢筋锈蚀对混凝土梁破坏模式影响试验探究基金项目：国家自然科学基金资助项目(50878211,51174291)作者简介：卫军(1957-),男，河南新乡人，中南大学教授，博士摘要：研究钢筋锈蚀对混凝土梁破坏模式的影响•对4组共21根不同剪跨比、不同锈蚀程度的混凝土梁进行了试验，研究发现，纵向配筋率及剪跨比相同的情况下，随着纵筋、箍筋锈蚀程度的变化，梁会产生弯曲、剪压、剪切粘结3种不同形态的破坏•针对此现象，基于试验研究结果并结合相关文献的试验结果，根据现行规范中的分析理念建立了考虑剪跨比、箍筋锈蚀率、纵筋锈蚀率及粘结退化等因

2、素影响的锈蚀混凝土梁受剪承载力计算公式•据此再考虑弯剪区的平衡条件，分析讨论得出了试验梁产生破坏形态转变的临界条件和锈蚀混凝土梁构件的综合承载能力的变化规律，从而建立了锈蚀混凝土梁破坏模式转变的分析模型.据此模型分别以纵筋锈蚀率和箍筋锈蚀率为横、纵轴，考虑剪跨比等因素得出临界曲线划分的破坏形态区域与试验结果吻合较好.关键词：钢筋锈蚀；钢筋混凝土梁；受剪性能；破坏模式；剪切粘结破坏中图分类号：TU375文献标识码：A在严酷的服役条件下，特别是暴露于海洋环境及严寒地区的除冰盐环境中，混凝土结构中的钢筋锈蚀往往难以避免.钢筋锈蚀将

3、导致混凝土梁承载性能的劣化.已有许多学者开展了钢筋锈蚀对混凝土梁正截面受弯承载性能影响的研究，建立了考虑钢筋有效截面积的减少和力学性能的退化、保护层锈胀剥落及粘结性能的退化等因素的锈蚀混凝土梁正截面受弯承载力计算模型.而锈蚀混凝土梁的弯剪区受力复杂，钢筋锈蚀对混凝土梁受剪性能的影响机理更为复杂，也有一些学者进行了锈蚀混凝土梁斜截面受剪性能的理论和试验研究[1-3],结果表明，箍筋锈蚀率、纵筋锈蚀率、粘结性能退化程度及剪跨比是控制锈蚀混凝土梁受剪性能退化的主要因素，Higgins^徐善华学者分别提出了各自的锈蚀混凝土梁受剪承载

4、力计算模型.尽管目前人们对锈蚀混凝土梁的受弯及受剪性能退化规律有了一定的认识，但是研究深度不够，主要侧重在钢筋锈蚀对构件的承载力的影响方面•基于这种局面，本文开展了箍筋和纵筋锈蚀的混凝土梁破坏模式及综合承载性能的试验研究，以更加深入地揭示钢筋锈蚀对混凝土梁构件的抗剪性能的影响规律.1试验概况1.1试件设计为了研究弯剪区纵筋及箍筋锈蚀对混凝土梁的受弯及受剪承载性能退化的影响，参照我国原来规范GB50010-2002《混凝土结构设计规范》：4］进行了试件的配筋设计，最后在试验结果分析阶段又按照现行规范《混凝土结构设计规范》G

5、B500102010［5］进行了设计复核.由于本文研究的重点是弯剪区的承载性能，这里按照强弯弱剪设计原则（即钢筋未锈蚀时，最终为斜截面抗剪破坏）进行•设计了两种剪跨比和两种箍筋间距的4组21根钢筋混凝土梁试件,每组由1根不锈蚀的对比梁试件和若干根不同程度锈蚀的混凝土梁试件组成，具体设计参数如表1所示•设计混凝土强度等级为C30,试件制作时预留混凝土标准立方体试块自然养护28d,实测的混凝土立方体抗压强度为49.8MPa,纵筋的混凝土保护层厚度为25mm,纵筋采用公称直径为20mm的HRB335级钢筋，实测屈服强度为355

6、MPa,架立筋及箍筋分别采用公称直径为10mm及6mm的HPB235级钢筋，实测屈服强度为275MPa,试件的配筋如图1所示.1.2混凝土内钢筋的锈蚀采用半干法通电的方式进行纵筋和箍筋的快速锈蚀，如图2所示•首先将浇筑成型的试件置于质量百分比为5%NaCl溶液中浸泡1个月，使试件内混凝土充分饱和并具备良好的导电性能；然后设定直流电源的电流密度icorr=0.2mA/cm2,采用施加直流电进行试件内钢筋的快速通电锈蚀•纵筋及箍筋的锈蚀程度按照法拉第定律估算的通电时间和试件表面的锈胀裂缝宽度进行双重控制•试件内真实的钢筋锈蚀程度

7、，需要根据静载试验完成后将试件破开取出钢筋，按照标准试验方法[6]进行酸洗、称重，计算得出钢筋锈蚀率进行评价，结果见表2.1.3锈蚀混凝土梁的加载锈蚀达到预定程度后，依据GB/T50152-92《混凝土结构试验方法标准》规定的程序，对试件进行两点对称加载的静载试验，试验装置及测点布置如图3所示•其中a为剪跨,对于入=2和入=3的试件，a分别取为570mm和855mm.试件预载后，以10kN为一加载等级进行分级加载，当荷载接近试件破坏荷载时，则以5kN为加载等级.加载间隔不少于10min,在试件接近破坏时不少于15min.

8、当压力传感器指示荷载不再增加时，即认为荷载水平达到试件的破坏荷载.2试验现象及结果分析2.1试验现象试件在通电加速锈蚀至预定锈蚀程度的过程中，随着钢筋锈蚀程度的增大，其表面逐渐出现锈胀裂缝•试验过程中不仅在锈蚀试件出现了由于纵筋锈蚀引起的纵向顺筋裂缝，而且出现了由于箍筋锈蚀引起的横向锈胀裂