負載銹蝕鋼筋混凝土梁損傷特征及其抗力性能研究.pdf

1、鋼筋混凝土結構在服役過程中常因耐久性問題而提前失效，針對此類問題的研究國內(nèi)外學者已做了大量工作，但多基于單因素作用或未將荷載作用考慮在內(nèi)，與實際工程中混凝土結構所處環(huán)境多有不符。位于沿海或寒區(qū)等惡劣環(huán)境下的混凝土結構在其服役過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，為充分應對多因素耦合作用對混凝土結構的影響，明確其劣化特征及抗力性能，需開展鹽凍、荷載及鋼筋銹蝕等多因素耦合作用下混凝土結構耐久性的研究。
　　為此，本文

2、首先考慮到鋼筋混凝土構件在實驗室內(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。基于此，并利用課題組發(fā)明的混凝土梁反力加載試驗裝置，分別進行了常溫及寒冷環(huán)境下混凝土梁在負載、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，主要展開的工作及所獲結論如下：
　　1）試驗研究了箍筋配置與否、箍筋與縱筋是否絕緣以及負極布置位置對鋼筋混凝土梁通電銹蝕特

3、征的影響。結果表明：完好梁箍筋對與其相交處縱筋有阻銹作用，而箍筋與縱筋絕緣梁則無此現(xiàn)象；不同銹蝕方式下試驗梁首條銹脹裂縫均處于梁頂受拉區(qū)，負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載水平和持荷時間鋼筋混凝土梁的銹蝕特征。結果表明：混凝土梁的鋼筋骨架中箍筋銹蝕最嚴重，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；負載對受拉縱筋平均銹蝕率無明顯影響，但會顯著影響其銹蝕不均勻程度，使縱筋表面銹坑、銹疤增多，荷載效應不同造成鋼筋保護層的電阻分布及阻值大小差異是導致梁銹蝕形態(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)境試驗箱模擬凍融交變環(huán)境，研究了寒區(qū)鹽凍負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)測試分析的方法評定鋼筋混凝土構件凍融損傷程度的評價方法，分析了負載對混凝土梁凍融損傷的

5、影響及凍融損傷對混凝土梁通電銹蝕特征的影響，結果表明：試驗梁二階固有頻率的變化能較好反映凍融損傷狀況，負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，但凍融損傷過后的常溫狀態(tài)，鋼筋腐蝕速率加快。
　　4）基于試驗結果，研究了不同負載水平及銹蝕程度梁的抗彎承載力和變形性能，詳細分析了連續(xù)負載期間混凝土梁的變形特征及整個加載過程中鋼筋混凝土梁粘結性能的退化情況。結果表明

6、：受拉縱筋錨固完好梁在相同銹蝕時間下，負載梁極限承載力略高于不負載梁，負載歷史對其抗彎剛度有一定影響，負載作用結束后繼續(xù)加載初期，其剛度有2.23~6.77倍的增加；在計算梁正截面承載力時，無需考慮鋼筋混凝土協(xié)同工作系數(shù)，而且對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）通過試驗和數(shù)值仿真對無粘結梁抗力性能進行了研究，進一步探究了銹蝕、凍融及其耦合作用條件下，鋼筋混凝土梁受拉區(qū)粘結

7、作用失效后，對其抗力性能的影響。分析了無粘結區(qū)的長度及其分布位置對混凝土梁破壞特征、正載面承載力及變形性能的影響。結果表明：當無粘結區(qū)分布于試驗梁中部（沿跨中對稱，包含純彎段）時，隨無粘結長度的增加，試驗梁極限承載力增加，但抗彎剛度有所降低；當無粘結區(qū)分布于彎剪段時，極限承載力變化不明顯，但抗彎剛度有所降低，隨無粘結區(qū)分布長度增大，抗彎剛度降低幅度增大，且無粘結區(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、無粘結梁剛度減小主要是因受拉縱筋平均應變較大所致。
　　6）基于鹽凍融環(huán)境下負載銹蝕混凝土梁抗力性能的試驗結果，探討了凍融損傷后受拉縱筋粘結性能的退化特性及其變形性能和正截面承載力。結果表明：連續(xù)負載期間，凍融循環(huán)階段試驗撓度變化較快，凍融損傷程度越大撓度增量越大；因凍融損傷導致的受拉區(qū)鋼筋混凝土粘結性能損傷致使試驗梁受力模式向拉桿拱模式轉化，在受拉縱筋兩端錨固完好受壓區(qū)混凝土無損傷的情況下，凍融銹蝕梁極限承載力總體不低于完好梁。