海水干湿环境下循环荷载损伤混凝土梁的力学性能劣化

N84:16#413287="7N1648!8<71!15#"6 "=74 P81N9!1N1<8! PO !#==8786538^839"=4O4383"1!#6< >6!87 981;1587 ;85Z!7O 86^#7"6N865
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6
梁试件养护 37 # 后"对其中 5 根梁进行单调加 载试验并得到极限荷载 O$ "与 试 验 梁 相 应 的 混 凝 土 立方体受压强度平均值为 99 OZ)( $&( J 梁 试 件 的 循 环 加 载
参考 37 # 钢筋混凝土梁试件的极限荷载 O$ "对 其余 0 根 梁 试 件 分 别 施 加 荷 载 幅 值 为 4’ 4/0O$ ’ 4/9O$ ’4/>O$ 且等幅循 环 加 载 次 数 均 为 54 次" 采 用 四分点弯曲加载( 完成 54 次循环加载后"在各梁试 件的裂缝附近标定测试点"以便在海水干湿循环过 程中定期观测各测点处裂缝宽度的变化( 裂缝宽度 测定使用康奈尔混凝土裂缝宽度观察仪( $&’ J 海 水 干 湿 循 环 环 境 模 拟
(J试验结果及分析 (&$ J 循 环 荷 载 裂 缝 发 展 趋 势 和 宽 度 变 化
施加循环荷载后"梁 试 件 T\4/0’T\4/9’T\ 4/> 在纯弯区段均出现了 裂 缝( 海 水 干 湿 循 环 试 验 前和 304 次干湿循环后"分别观测了 8 根梁试件的 裂缝宽度( 每条裂缝上标定多个测试点"每根梁试 件有几十个裂缝宽度测点( 304 次干湿循环前后的 裂缝宽度变化统计如表 3( 由表 3 可以看出"海水 干湿循环前" 随 着 循 环 加 载 幅 值 的 增 加" 宽 度 大 于 4/5 QQ的裂缝数量在逐 渐 增 加"小 于 4/5 QQ的 裂 缝数量在减少( 所有裂缝在 304 次干湿循环前后的 宽度变化 呈 现 出 三 种 状 态)完 全 愈 合"保 持 稳 定"
试验表明 *9 \>+ )不 论 是 低 周 疲 劳 拉 伸 还 是 疲 劳 加压作用"混凝土的 受 压 应 力 \应 变 全 曲 线 与 轴 向 拉伸全曲线与单调加载曲线形状类似( 朱红兵*1+ " 胡海蛟等*7+ 通 过 试 验 发 现) 随 着 循 环 加 载 次 数 增 加"Y+ 梁 的 刚 度 退 化 且 梁 跨 中 极 限 挠 度 非 线 性 增
6>7
图 56梁试件几何尺寸和配筋 X(@W56FI,QI&’J%([I)"# ’I("L,’-IQI"&,L&EIKI)Q %PI-(QI"
6
装置示意见图 3(
5,雾化喷头# 3 ,试验梁# 8,Z.+导管# 0,支架# 9,风扇# >,水泵# 1,水池# 7,定时开关( 图 36用于海水干湿循环的自动喷淋装置示意
钢筋混凝土梁疲劳性能劣化规律研究成果较少( 沿海环境下钢筋混凝土桥梁"受到循环荷载与
海水干湿循环的综合作用( 循环荷载作用下桥梁结 构的损伤程度与循环荷载幅值密切相关( 在循环荷 载与海水干湿循环的综合作用下"混凝土结构的承 载力’刚度’延性等 力 学 性 能 的 变 化 规 律" 尚 未 见 相 关研究成果(
采用自主设计的自动喷淋装置实现梁试件的海 水干湿循 环( 每 喷 淋 海 水 5 E" 干 燥 9 j> E 完 成 5 个干湿循环"共计 完 成 304 次 海 水 干 湿 循 环( 所 用海水 为 质 量 分 数 8/9b 的 2)+*人 工 配 制 溶 液( 喷淋装置由聚氯乙烯管’雾化喷头’软管’定时开关’ 水泵’风扇’支架’水池组装而成( 分上下两层摆放 梁试件"每层设 0 个海水喷头"由定时开关自动控制 干湿循环"干燥过程中通过电风扇加强通风( 喷淋
工业建筑63451 年第 01 卷第 3 期
666
表 $J钢筋混凝土梁试件分组及试验结果 5C?QF$J<BHXTUV- CVIAF@ABF@XQA@HSBFUVSHBDFIDHVDBFAF?FCR@@TFDURFV@
试件名称
T\4 T\4/0 T\4/9 T\4/> T\+
立方体抗压
强度 hOZ) 99/4 99/4 99/= 99/= 9>/3
!"#$%&’()*+,"%&’$-&(," .,*/01!2,/3!3451
大"同 时 循 环 荷 载 还 造 成 Y+梁 的 极 限 挠 度 随 着 循 环加载次数增加而增大( 沿海潮汐环境下的桥梁结 构还受到海水干湿循环作用"在海水干湿环境下混 凝土材料性能研究 成 果 较 多 *= \55+ "侵 蚀 环 境 下 锈 蚀 Y+结构疲劳 性 能 有 一 些 研 究 成 果 *53 \58+ "但 是 锈 蚀
加载幅值
4/4 4/0 O$ 4/9 O$ 4/> O$ 4/4
环境试验 加载龄期 h#
干湿循环
=4
干湿循环
=4
干湿循环
=4
干湿循环
=4
参考梁
37
峰值状态
OQ)_hf2 (Q hQQ
99/45
பைடு நூலகம்
39/44
90/73
84/54
09/33
37/45
04/15
84/44
>4/35
84/55
屈服状态
OJhf2 (JhQQ
$ J 74 梁 的 循 环 荷 载 与 干 湿 循 环 综 合 试 验 $&$ J 混 凝 土 配 比 和 梁 试 件 设 计
共设计 9 根钢筋混凝土梁试件( 其中 5 根是参 考梁"其余 0 根梁的循环荷载幅值上限分别为 4’ 4/0O$ ’4/9O$ ’4/>O$ ( 梁 试 件 的 几 何 尺 寸 高 i宽 i 长 l544 QQ i594 QQ i744 QQ" 梁 配 筋 如 图 5 所 示"保护层厚度 89 QQ"纯 弯 段 长 544 QQ( 梁 试 件 纵筋采用 cYT889 级 钢"实 测 屈 服 强 度 和 极 限 强 度 分别为 80="09> OZ)( 混凝土设计强度等级 +04"采 用普通硅酸盐水泥"最大骨料粒径为 54 QQ"水胶比 4/0"水泥<水<砂<石 l5<4/09<5/57<5/17(
海水干湿环境下循环荷载损伤混凝土梁的 力学性能劣化!
王6鑫5!3 6庞6森5!3 6刁6波5!3 6叶英华5
!5W北京航空航天大学交通学院" 北京65445=5# 3W华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室" 广州6954>04$
66摘6要! 采用实验室模拟钢筋混凝土桥梁的实际工作状态" 首先 对 0 个 钢 筋 混 凝 土 ! Y+$ 梁 试 件 施 加 幅 值分别为 4"0O$ "4/9O$ "4/>O$ ! O$ 为单调加载梁的极限荷载$ 的循 环 荷 载 且 等 幅 循 环 加 载 54 次"再 对 损 伤 的 Y+梁进行304 次海水干湿循环作用"最后进行单调加载试验"研究 Y+梁的力学性能劣化情况( 结果表明)在 循 环 荷 载 和 海 水 干 湿 循 环 综 合 作 用 下 "随 着 循 环 荷 载 幅 度 增 加 "钢 筋 混 凝 土 梁 的 屈 服 荷 载 ’极 限 荷 载 ’刚 度 等 力学指标均下降#304 次海水干湿循环作用后"循环荷载产生的梁试件中混凝土 裂 缝 大 多 数 自 愈 合"少 数 裂 缝 呈现部分愈合状态( 66关键词! 循环荷载幅值# 钢筋混凝土梁# 海水干湿循环# 累积损伤# 耐久性 66!"#) $%&$’(%) *+,-.+/(%$0%(%$)
混凝土桥梁结构在正常使用阶段的疲劳荷载水 平约为 4/0O$ 且最大荷载不超过 4/1O$ ! O$ 为单调加 载梁的极限荷载$"因此"本试验研究循环荷载幅值 分别 为 4’4/0O$ ’4/9O$ ’4/>O$ 且 等 幅 循 环 加 载 54 次的 Y+梁"再 经 历 304 次 海 水 干 湿 循 环 后 的 力 学 性能劣化规律(
X(@W36;-EIQ)&(-#()@’)Q ,L&EI)$&,Q)&(-%P’("f*I’ %J%&IQ L,’%I)V)&I’VI&]#’J-J-*I
$&) J 梁 试 件 的 剩 余 承 载 力 测 试 对 0 个梁试件分别施加 54 次等幅循环荷载和
经历 304 次海水干湿循环后"通过四分点集中加载 测试梁试件的剩余承载力’刚度和延性"以此评价不 同幅值循环荷载损伤和干湿循环综合作用对钢筋混 凝土梁力学性能劣化的影响( 梁试件剩余力学性能 测试结果见表 5(
04/43
54/43
87/1>
5>/54
80/>3
58/94
84/>1
59/44
09/83
=/53
破坏状态
O$ hf2
($ hQQ
00/44
84/55
08/7>
80/43
8>/44
8>/55
83/44
05/47
07/59
37/09
66注)破坏荷载和破坏位移是过峰值荷载后下降至 74b峰值荷载的荷载和位移(
!国家自然科学基金项目!95917485$ #亚热带建筑科 学 国 家 重 点 实 验室重点项目!345>CU48 $ ( 第一作者)王鑫"男"5==5 年出生"硕士( 电 子 信 箱 )8500=3440 ^ BB W-,Q 收稿日期)345> \49 \39
工业建筑63451 年第 01 卷第 3 期6>61
1?@ABCDA) ;(Q$*)&("@&EIV,’f("@%&)&I,L’I("L,’-I# -,"-’I&IK’(#@I%&’$-&$’I%" ’I("L,’-I# -,"-’I&I! Y+$ KI)Q% %PI-(QI"%VI’I-J-*(-)**J*,)#I# V(&E #(LLI’I"&*,)# )QP*(&$#I,L4" 4/0O$ " 4/9O$ )"# 4/>O$ ! O$ V)%&EI$*&(Q)&I *,)# ,LQ,",&,"(-*,)#$ " %IP)’)&I*J" )"# I)-E *,)# *IMI*V)%-J-*("@L,’54 &(QI%WREI" &EI#)Q)@I# Y+ KI)Q %PI-(QI"%$"#I’VI"&304 &(QI%,L%I)V)&I’VI&]#’J -J-*IW U&*)%&&EI KI)Q %PI-(QI"%VI’I &I%&I# &, %&$#J QI-E)"(-)*P’,PI’&J#I&I’(,’)&(," ,LY+ KI)Q%WREI’I%$*&%%E,VI# &E)&&EIQI-E)"(-)*P’,PI’&J,LY+ KI)Q% %PI-(QI"%" %$-E )%J(I*# *,)#" $*&(Q)&I*,)# )"# %&(LL"I%%" VI’I’I#$-I# )%-J-*(-*,)#("@)QP*(&$#I("-’I)%I#W!" )##(&(,"" $"#I’%J"&EI&(-)-&(,"%,L-J-*(-*,)#("@#)Q)@I)"# %I)V)&I’VI&]#’J-J-*I%" &EIQ,%&-’)-f%,L-,"-’I&I KI)Q%%PI-(QI"%" #$I&,&EI-J-*I*,)#" VI’I%I*L]EI)*I#" %,QI,L&EIQ VI’IP)’&()**JEI)*I#W EF.GHBI@) -J-*I*,)#("@)QP*(&$#I# Y+KI)Q# %I)V)&I’VI&]#’J-J-*I# -$Q$*)&(MI#)Q)@I# #$’)K(*(&J
66混凝土结构是目前应用最为广泛的工程结构( 沿海地区混凝土桥梁结构在正常使用过程中"通常 会受到循环 荷 载’ 风 荷 载’ 海 水 干 湿 循 环 等 多 种 作 用( 疲劳荷载作用下混凝土结构耐久性也成为研究 热点 *5 \0+ ( 目前疲劳荷载作用下的相关研 究 主 要 集 中于材性研究与结构疲劳性能研究两方面(