銹蝕鋼筋混凝土梁工作性能的試驗研究.pdf

1、鋼筋銹蝕是影響混凝土結構耐久性的重要因素之一。研究結果表明，銹損鋼筋混凝土結構性能的劣化，主要是由于銹蝕鋼筋的截面損失、鋼筋和混凝土之間粘結性能的退化、以及鋼筋銹脹力導致的混凝土銹脹開裂等因素造成的?；谝陨嫌绊懸蛩?，對銹損結構的殘余承載能力、剩余使用壽命進行計算和估計是對此類結構進行損傷診斷和安全性鑒定的主要內(nèi)容，近二十年來逐漸成為研究的熱點。 本文在總結前人工作的基礎上，設計并完成了兩個系列針對銹損鋼筋混凝土簡支梁的試驗：第

2、一個系列是對22 根梁進行了準長期靜力荷載條件下的加速銹蝕試驗；第二個系列是對5 根帶集中質量梁進行的振動測試試驗。兩個系列的試驗中都是通過控制鋼筋銹蝕發(fā)生區(qū)域以及銹蝕率來模擬實際工程中不同的銹損狀態(tài)，并與未銹梁的試驗結果進行比較，然后得出一般性的結果。根據(jù)以上試驗現(xiàn)象，進行了銹損鋼筋混凝土梁正截面抗彎承載能力、截面剛度、橫向裂縫特征以及損傷定位與定量分析等方面的研究。所取得的研究成果可以概括如下： (1) 建立了一般條件下銹蝕

3、鋼筋混凝土梁正截面抗彎承載能力計算模型。試驗現(xiàn)象表明：截面上鋼筋銹蝕的發(fā)生位置不同，對該截面抗彎承載能力的影響也不同。本文通過人為控制鋼筋銹蝕的發(fā)生區(qū)域，分別實現(xiàn)了跨中對稱范圍內(nèi)不同長度的受拉區(qū)縱向鋼筋銹蝕，和跨中純彎區(qū)段內(nèi)受壓區(qū)縱向鋼筋銹蝕。在分別討論兩種情況下梁正截面承載能力計算方法的基礎之上，結合已有的混凝土結構設計規(guī)范中普通混凝土受彎構件的正截面承載能力計算公式，提出了一般情況下銹損鋼筋混凝土梁的正截面承載能力計算方法。并通過計

4、算兩根既有壓區(qū)鋼筋銹損又有拉區(qū)鋼筋銹損試驗梁的計算結果與實測結果，驗證了該方法的可行性。 (2) 提出了持續(xù)荷載作用下銹損均勻的混凝土梁跨中撓度增大系數(shù)CORR θ的計算方法。在持續(xù)荷載作用下，銹損鋼筋混凝土梁截面剛度會隨著鋼筋銹蝕率的增加而逐步減小。本文對9 根試驗梁在大小不同的持續(xù)荷載作用下，跨中撓度隨時間的變化進行了觀測。荷載持續(xù)作用時間由30 至80 天不等，主要根據(jù)擬銹梁的銹蝕程度確定。然后通過對比受拉區(qū)縱向鋼筋銹損梁

5、與非銹損梁的撓度變化規(guī)律，提出了均勻銹蝕條件下銹損梁跨中撓度增大系數(shù)CORR θ的計算方法，從而間接反映剛度的退化。該方法重點考慮了持續(xù)作用荷載大小、銹損發(fā)生范圍、銹蝕率三種因素的影響，為混凝土結構耐久性設計中的使用壽命預測提供參考。 (3) 提出利用動力測試技術確定鋼筋銹損梁短期剛度的一種新方法。簡支梁的動力剛度與抗彎剛度系數(shù)EI 之間存在一定聯(lián)系，可以利用振動測試技術對一定條件下抗彎剛度系數(shù)EI 加以識別。本文觀測了9 根試

6、驗梁在持續(xù)荷載試驗全過程一階自振頻率的變化、橫向裂縫高度的變化以及擬銹梁最終銹脹裂縫寬度等內(nèi)容。 結合以上三種試驗現(xiàn)象，把銹損梁通過一階頻率變化而估計得到的截面短期剛度降低，歸結為橫向開裂和銹脹開裂兩大因素的影響。并根據(jù)試驗結果，回歸分析了兩者對截面短期剛度降低程度的計算方法。然后利用靜力破壞試驗中測得的試驗梁撓度變化，驗證了計算方法的可行性。 (4) 提出了拉區(qū)縱筋銹損梁橫向裂縫間距、最大裂縫寬度的計算方法，以及壓區(qū)鋼

7、筋銹損梁開裂荷載的計算方法。鋼筋銹蝕導致了鋼筋與混凝土之間粘結錨固發(fā)生破壞，從而對試驗梁在靜力荷載作用下橫向裂縫特征產(chǎn)生重大影響。本文觀測了所有試驗梁靜力荷載首次施加完畢時及持續(xù)荷載試驗結束時彎曲裂縫的位置、高度、寬度等基本特征；對6 根擬銹梁在加速銹蝕試驗結束時銹脹裂縫的狀態(tài)進行了觀測。討論了持續(xù)荷載作用下壓區(qū)鋼筋銹蝕對試驗梁橫向開裂荷載的影響，以及拉區(qū)鋼筋銹蝕對試驗梁橫向裂縫形態(tài)的影響。提出了壓區(qū)銹損梁開裂荷載隨銹蝕率變化的計算模型

8、，以及受拉鋼筋銹蝕對梁橫向裂縫間距、最大裂縫寬度影響的計算方法。 (5) 利用振動測試技術實現(xiàn)了對銹損梁損傷位置的判斷和損傷程度的估計。本文通過加速銹蝕以及制造人工裂縫等手段，對5 根試驗梁分別模擬了不同部位的鋼筋銹蝕以及橫向開裂兩種類型的結構損傷。采用靈敏度方法及振型曲率法對這些試驗梁的前四階模態(tài)參數(shù)進行了分析，實現(xiàn)了對這兩種損傷的定位和定量。同時發(fā)現(xiàn)，兩類損傷都降低了試驗梁截面的動力剛度，其中銹蝕損傷的影響則更為顯著。本文還