銹蝕鋼筋混凝土梁工作性能的試驗(yàn)研究.pdf

1、鋼筋銹蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素之一。研究結(jié)果表明，銹損鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)性能的退化、以及鋼筋銹脹力導(dǎo)致的混凝土銹脹開裂等因素造成的?；谝陨嫌绊懸蛩?，對(duì)銹損結(jié)構(gòu)的殘余承載能力、剩余使用壽命進(jìn)行計(jì)算和估計(jì)是對(duì)此類結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷診斷和安全性鑒定的主要內(nèi)容，近二十年來(lái)逐漸成為研究的熱點(diǎn)。 本文在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并完成了兩個(gè)系列針對(duì)銹損鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的試驗(yàn)：第

2、一個(gè)系列是對(duì)22 根梁進(jìn)行了準(zhǔn)長(zhǎng)期靜力荷載條件下的加速銹蝕試驗(yàn)；第二個(gè)系列是對(duì)5 根帶集中質(zhì)量梁進(jìn)行的振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)。兩個(gè)系列的試驗(yàn)中都是通過(guò)控制鋼筋銹蝕發(fā)生區(qū)域以及銹蝕率來(lái)模擬實(shí)際工程中不同的銹損狀態(tài)，并與未銹梁的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，然后得出一般性的結(jié)果。根據(jù)以上試驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)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(jì)算模型。試驗(yàn)現(xiàn)象表明：截面上鋼筋銹蝕的發(fā)生位置不同，對(duì)該截面抗彎承載能力的影響也不同。本文通過(guò)人為控制鋼筋銹蝕的發(fā)生區(qū)域，分別實(shí)現(xiàn)了跨中對(duì)稱范圍內(nèi)不同長(zhǎng)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(jì)算方法的基礎(chǔ)之上，結(jié)合已有的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中普通混凝土受彎構(gòu)件的正截面承載能力計(jì)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(jì)算方法。并通過(guò)計(jì)

4、算兩根既有壓區(qū)鋼筋銹損又有拉區(qū)鋼筋銹損試驗(yàn)梁的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果，驗(yàn)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(jì)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(huì)隨著鋼筋銹蝕率的增加而逐步減小。本文對(duì)9 根試驗(yàn)梁在大小不同的持續(xù)荷載作用下，跨中撓度隨時(shí)間的變化進(jìn)行了觀測(cè)。荷載持續(xù)作用時(shí)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(guò)對(duì)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(jì)算方法，從而間接反映剛度的退化。該方法重點(diǎn)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(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)中的使用壽命預(yù)測(cè)提供參考。 (3) 提出利用動(dòng)力測(cè)試技術(shù)確定鋼筋銹損梁短期剛度的一種新方法。簡(jiǎn)支梁的動(dòng)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(dòng)測(cè)試技術(shù)對(duì)一定條件下抗彎剛度系數(shù)EI 加以識(shí)別。本文觀測(cè)了9 根試

6、驗(yàn)梁在持續(xù)荷載試驗(yàn)全過(guò)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(jié)合以上三種試驗(yàn)現(xiàn)象，把銹損梁通過(guò)一階頻率變化而估計(jì)得到的截面短期剛度降低，歸結(jié)為橫向開裂和銹脹開裂兩大因素的影響。并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，回歸分析了兩者對(duì)截面短期剛度降低程度的計(jì)算方法。然后利用靜力破壞試驗(yàn)中測(cè)得的試驗(yàn)梁撓度變化，驗(yàn)證了計(jì)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(jì)算方法，以及壓區(qū)鋼

7、筋銹損梁開裂荷載的計(jì)算方法。鋼筋銹蝕導(dǎo)致了鋼筋與混凝土之間粘結(jié)錨固發(fā)生破壞，從而對(duì)試驗(yàn)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(cè)了所有試驗(yàn)梁靜力荷載首次施加完畢時(shí)及持續(xù)荷載試驗(yàn)結(jié)束時(shí)彎曲裂縫的位置、高度、寬度等基本特征；對(duì)6 根擬銹梁在加速銹蝕試驗(yàn)結(jié)束時(shí)銹脹裂縫的狀態(tài)進(jìn)行了觀測(cè)。討論了持續(xù)荷載作用下壓區(qū)鋼筋銹蝕對(duì)試驗(yàn)梁橫向開裂荷載的影響，以及拉區(qū)鋼筋銹蝕對(duì)試驗(yàn)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(jì)算模型

8、，以及受拉鋼筋銹蝕對(duì)梁橫向裂縫間距、最大裂縫寬度影響的計(jì)算方法。 (5) 利用振動(dòng)測(cè)試技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)銹損梁損傷位置的判斷和損傷程度的估計(jì)。本文通過(guò)加速銹蝕以及制造人工裂縫等手段，對(duì)5 根試驗(yàn)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(jié)構(gòu)損傷。采用靈敏度方法及振型曲率法對(duì)這些試驗(yàn)梁的前四階模態(tài)參數(shù)進(jìn)行了分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)這兩種損傷的定位和定量。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，兩類損傷都降低了試驗(yàn)梁截面的動(dòng)力剛度，其中銹蝕損傷的影響則更為顯著。本文還