锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度退化研究
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化 系数趋 于稳 定 。
２ 锈蚀 梁 抗弯 刚度退 化试 验研 究
ｂ）两点加载
为了校核拟合公式 的准确性 ，设计制作了８ 根 钢筋混凝土试验梁 ，如图３ 所示 ，试验梁轴心长度
图１ 抗弯试验加载示意 图
・
８ ８・
水
运
工
程
２ ０ １ ３年
０ ． ０ ７ １ ０
８ ６ ． ９
式中 ：
锈 蚀 钢 筋混 凝 土构 件 的短 期 刚度 ； 为
抗 弯 刚度退 化 系数 ；Ｂ 为未 发 生锈蚀 钢 筋混 凝 土构 件 的短 期抗 弯 刚度值 。
本文在已有研究成果基础上 ，收集整理 了大
量 不 同锈 蚀程 度 的钢 筋混 凝 土梁 的试 验数 据 ¨ ， 收集 整 理 的锈蚀 钢 筋 混 凝 土 构 件 抗 弯试 验 的数 据 如表 １ 所 示 ，锈蚀 钢 筋混 凝 土构 件 的取 得 主要 通过
对抗弯刚度退化系数 进行拟合得到计算公式
：
０． ４ ６ ４ｅ － ￣ ／ ０ ． ０ ５ ３ ＋ Ｏ６ ０ ５
．
（ ４）
式 中： 为锈 蚀率 。公 式 （ ４）考虑 了钢 筋锈 蚀 时对
ａ）单点加载
Ｐ Ｐ
抗弯刚度 的非线性影响 ，从公式 中可以看出 ：随 着锈蚀率 的增加 ，钢筋混凝 土梁抗弯刚度退化 系 数逐渐降低 ，当锈蚀率 高于１ ５ ％时 ，抗弯刚度退
Ｌ３ ／ｐＬ３
暴露试验和电化学加速腐蚀２ 种方法。
４ ８ ￣ ４ ８ ｆ
表 ｌ 锈 蚀 钢 筋 混 凝 土 构 件 抗 弯 试 验
＝ 鲁＝ 笠
筹［ ３ — ４ （
根 据 上述 理 论 计算 公 式 ，对试 验 数 据 进 行整 理分析 （ 表 ２），计 算得 到 的抗 弯 刚 度退 化 系 数 。 ｃ
与钢筋锈蚀率拟合的关系曲线如图２ 所示 。
抗 弯 试 验 所 采 用 的加 载 方 式 基 本 有 单 点 和 两 点加 载２ 种 （ 图 １）。根 据荷 载挠 度 理 论 计算 公 式 ，可得 荷 载与跨 中挠 度 的关 系 ，见式 （ ２）。
尸
锈蚀 翠
图２ 锈蚀 率 与 抗 弯 刚 度 退化 系数 的关 系
速锈蚀 钢筋混凝土 梁的结构性能 比较 研究ｆ Ｊ ］ ． 土木工
程学报， ２ ０ ０ ６ ， ３ ９ （ ３ ） ： ４ ２ — ４ ６ ．
［ ４ 】 袁迎曙， 贾福 萍， 蔡跃 ． 锈蚀钢筋混凝 土梁的结构性能 退化模型［ Ｊ １ ＿ 土木工程学报 ， ２ ０ ０ １ ， ３ ４ （ ３ ） ： ４ ７ — ５ ２ ．
・８ ９・
１ ９ ０ ０ ｍ ｍ，截面高２ ０ ０ ｍ ｍ，宽１ ２ ０ ｍ ｍ，混凝土强 度等级 为Ｃ ３ ０ ，混凝 土保护层厚度为２ ８ ｍ ｍ；纵 向
受 拉 钢 筋 单 层 布 置 ，采 用 ２ 根 ＨＲＢ ３ ３ ５ 级 直 径 为 １ ４ ｍｍ的热轧 钢 筋 ，纵 筋 锚 固长 度 为 １ ８ ０ ｍｍ，其 中伸 人 支座 ７ ０ ｍｍ，在 支 座 处 上弯 １ １ ０ ｍ ｍ。 由于 本 研 究 主 要 关 注 纵 向受 拉 钢 筋 锈 蚀 后性 能 ，因此 要 将 受 拉 钢 筋 与 箍 筋绝 缘 。绑 扎 钢 筋 时先 按 照箍 筋 间距 在 纵 筋 上 标 记 与箍 筋 接 触 点 ，并 用 绝缘 胶 带 在 接触 点 附近 缠 绕 几 圈然 后 绑 扎 ，绑 扎 后 在 接 触 点 涂抹 环氧 树脂 。
表 ３ 试 验 梁 腐 蚀 率
抗弯结构试验采用单跨简支梁形式 ，使用一
泌
画
２ ４ ， １ ４
台千斤顶通过分配梁以二集 中力对称加载 ，在千
斤顶 上 安 置 一 只 应 变 式 压力 传 感 器 ，通 过手 持 式 应 变仪 及 油 压 表 来 控 制 加 载量 值 ；采 用 长标 距 百 分 表 对试 验桩 挠 度 进 行 量测 ，测 点 布 置 在 桩底 受
８ ２ ． １
２． ８ ３ ３． ０ ５ ２－ ２ ５
０ ． ８ ２ ２ ０ ． ７ ２１ ０ ． ７ ３ ０
［ １ １ 】
９ ６ ． １
２ ． ５ ７
０ ． １ ２ ４０
Ｏ ． １ ３ ２ Ｏ
６１ ． ５
第 ３期
吴
锋 ，等 ：锈蚀 钢筋混凝土梁抗弯刚度退化研究
拉处 ，试 验方 式 如 图３ 所示 。
图 ３ 钢 筋 混 凝 土 梁 配 筋
腐蚀试验采用 电化学方法进行梁 内钢筋的快
速锈 蚀 。具 体 方 法为 ：将 试 验 梁浸 泡 在５ ％Ｎ ａ Ｃ １ 溶 液 的腐 蚀 槽 中７ ２ ｈ ，液 面 高 度 为 ４ ０ ｍｍ，基本 淹 没 纵 筋 。梁 中下 部 颜 色变 深 时 ，混 凝 土 孔 隙 中 已 经 被 Ｎａ Ｃ １ 溶液 充 满 ，此 时 将连 接纵 筋 的导 线 与恒 定 直 流 电源 的 阳极 相 接 ，而直 流 电源 的 阴极 则 与 溶 液 中 的不 锈 钢 板 相连 接 ，通 过 Ｎ ａ Ｃ １ 溶 液 形 成 回 路 ，使 阳极 的钢 筋 锈 蚀 。通 过 控 制 电流 大 小 和 通 电 时 间 的长 短 ，根 据 法 拉第 定 律 可 以控 制 梁 内钢 筋 的锈蚀 量 。试验 梁腐 蚀情 况如 表 ３ 所示 。
图３ 抗 弯 试 验 加 载 示 意 图
根据锈蚀梁抗弯试验结果数据 ，推算试验梁 锈蚀后 的抗弯 刚度 ，并与其理论抗弯刚度相 比，
得 到抗 弯 刚度退 化 系数仅 （ 表４）。 由表４ 中可 以看
・
９ ０・
水
运
工
程
２ ０ １ ３丘
出，试验数据与理论公式吻合较好 。
表 ４ 试 验 梁抗 弯 刚 度
第 ３期
昊 锋 ，等 ：锈 蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度退化研 究
期 刚度 直接 进 行 折 减 的方 法 ，建 立 锈 蚀 构 件 刚 度
计算 公式
Ｂ ｖ ＝ ａ Ｂ （ １ ）
－பைடு நூலகம்Ｊ ｌ 专 １ － ， Ｌ 学 ￣
［ ３ — ４ （
（ 单 点 加 载 ） 、 ～
点 加 载 （ ２ ）
２ 锈蚀 梁 抗弯 刚度退 化试 验研 究
ｂ）两点加载
为了校核拟合公式 的准确性 ，设计制作了８ 根 钢筋混凝土试验梁 ，如图３ 所示 ，试验梁轴心长度
图１ 抗弯试验加载示意 图
・
８ ８・
水
运
工
程
２ ０ １ ３年
０ ． ０ ７ １ ０
８ ６ ． ９
式中 ：
锈 蚀 钢 筋混 凝 土构 件 的短 期 刚度 ； 为
抗 弯 刚度退 化 系数 ；Ｂ 为未 发 生锈蚀 钢 筋混 凝 土构 件 的短 期抗 弯 刚度值 。
本文在已有研究成果基础上 ，收集整理 了大
量 不 同锈 蚀程 度 的钢 筋混 凝 土梁 的试 验数 据 ¨ ， 收集 整 理 的锈蚀 钢 筋 混 凝 土 构 件 抗 弯试 验 的数 据 如表 １ 所 示 ，锈蚀 钢 筋混 凝 土构 件 的取 得 主要 通过
对抗弯刚度退化系数 进行拟合得到计算公式
：
０． ４ ６ ４ｅ － ￣ ／ ０ ． ０ ５ ３ ＋ Ｏ６ ０ ５
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（ ４）
式 中： 为锈 蚀率 。公 式 （ ４）考虑 了钢 筋锈 蚀 时对
ａ）单点加载
Ｐ Ｐ
抗弯刚度 的非线性影响 ，从公式 中可以看出 ：随 着锈蚀率 的增加 ，钢筋混凝 土梁抗弯刚度退化 系 数逐渐降低 ，当锈蚀率 高于１ ５ ％时 ，抗弯刚度退
Ｌ３ ／ｐＬ３
暴露试验和电化学加速腐蚀２ 种方法。
４ ８ ￣ ４ ８ ｆ
表 ｌ 锈 蚀 钢 筋 混 凝 土 构 件 抗 弯 试 验
＝ 鲁＝ 笠
筹［ ３ — ４ （
根 据 上述 理 论 计算 公 式 ，对试 验 数 据 进 行整 理分析 （ 表 ２），计 算得 到 的抗 弯 刚 度退 化 系 数 。 ｃ
与钢筋锈蚀率拟合的关系曲线如图２ 所示 。
抗 弯 试 验 所 采 用 的加 载 方 式 基 本 有 单 点 和 两 点加 载２ 种 （ 图 １）。根 据荷 载挠 度 理 论 计算 公 式 ，可得 荷 载与跨 中挠 度 的关 系 ，见式 （ ２）。
尸
锈蚀 翠
图２ 锈蚀 率 与 抗 弯 刚 度 退化 系数 的关 系
速锈蚀 钢筋混凝土 梁的结构性能 比较 研究ｆ Ｊ ］ ． 土木工
程学报， ２ ０ ０ ６ ， ３ ９ （ ３ ） ： ４ ２ — ４ ６ ．
［ ４ 】 袁迎曙， 贾福 萍， 蔡跃 ． 锈蚀钢筋混凝 土梁的结构性能 退化模型［ Ｊ １ ＿ 土木工程学报 ， ２ ０ ０ １ ， ３ ４ （ ３ ） ： ４ ７ — ５ ２ ．
・８ ９・
１ ９ ０ ０ ｍ ｍ，截面高２ ０ ０ ｍ ｍ，宽１ ２ ０ ｍ ｍ，混凝土强 度等级 为Ｃ ３ ０ ，混凝 土保护层厚度为２ ８ ｍ ｍ；纵 向
受 拉 钢 筋 单 层 布 置 ，采 用 ２ 根 ＨＲＢ ３ ３ ５ 级 直 径 为 １ ４ ｍｍ的热轧 钢 筋 ，纵 筋 锚 固长 度 为 １ ８ ０ ｍｍ，其 中伸 人 支座 ７ ０ ｍｍ，在 支 座 处 上弯 １ １ ０ ｍ ｍ。 由于 本 研 究 主 要 关 注 纵 向受 拉 钢 筋 锈 蚀 后性 能 ，因此 要 将 受 拉 钢 筋 与 箍 筋绝 缘 。绑 扎 钢 筋 时先 按 照箍 筋 间距 在 纵 筋 上 标 记 与箍 筋 接 触 点 ，并 用 绝缘 胶 带 在 接触 点 附近 缠 绕 几 圈然 后 绑 扎 ，绑 扎 后 在 接 触 点 涂抹 环氧 树脂 。
表 ３ 试 验 梁 腐 蚀 率
抗弯结构试验采用单跨简支梁形式 ，使用一
泌
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２ ４ ， １ ４
台千斤顶通过分配梁以二集 中力对称加载 ，在千
斤顶 上 安 置 一 只 应 变 式 压力 传 感 器 ，通 过手 持 式 应 变仪 及 油 压 表 来 控 制 加 载量 值 ；采 用 长标 距 百 分 表 对试 验桩 挠 度 进 行 量测 ，测 点 布 置 在 桩底 受
８ ２ ． １
２． ８ ３ ３． ０ ５ ２－ ２ ５
０ ． ８ ２ ２ ０ ． ７ ２１ ０ ． ７ ３ ０
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２ ． ５ ７
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第 ３期
吴
锋 ，等 ：锈蚀 钢筋混凝土梁抗弯刚度退化研究
拉处 ，试 验方 式 如 图３ 所示 。
图 ３ 钢 筋 混 凝 土 梁 配 筋
腐蚀试验采用 电化学方法进行梁 内钢筋的快
速锈 蚀 。具 体 方 法为 ：将 试 验 梁浸 泡 在５ ％Ｎ ａ Ｃ １ 溶 液 的腐 蚀 槽 中７ ２ ｈ ，液 面 高 度 为 ４ ０ ｍｍ，基本 淹 没 纵 筋 。梁 中下 部 颜 色变 深 时 ，混 凝 土 孔 隙 中 已 经 被 Ｎａ Ｃ １ 溶液 充 满 ，此 时 将连 接纵 筋 的导 线 与恒 定 直 流 电源 的 阳极 相 接 ，而直 流 电源 的 阴极 则 与 溶 液 中 的不 锈 钢 板 相连 接 ，通 过 Ｎ ａ Ｃ １ 溶 液 形 成 回 路 ，使 阳极 的钢 筋 锈 蚀 。通 过 控 制 电流 大 小 和 通 电 时 间 的长 短 ，根 据 法 拉第 定 律 可 以控 制 梁 内钢 筋 的锈蚀 量 。试验 梁腐 蚀情 况如 表 ３ 所示 。
图３ 抗 弯 试 验 加 载 示 意 图
根据锈蚀梁抗弯试验结果数据 ，推算试验梁 锈蚀后 的抗弯 刚度 ，并与其理论抗弯刚度相 比，
得 到抗 弯 刚度退 化 系数仅 （ 表４）。 由表４ 中可 以看
・
９ ０・
水
运
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程
２ ０ １ ３丘
出，试验数据与理论公式吻合较好 。
表 ４ 试 验 梁抗 弯 刚 度
第 ３期
昊 锋 ，等 ：锈 蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度退化研 究
期 刚度 直接 进 行 折 减 的方 法 ，建 立 锈 蚀 构 件 刚 度
计算 公式
Ｂ ｖ ＝ ａ Ｂ （ １ ）
－பைடு நூலகம்Ｊ ｌ 专 １ － ， Ｌ 学 ￣
［ ３ — ４ （
（ 单 点 加 载 ） 、 ～
点 加 载 （ ２ ）