钢筋锈蚀对混凝土梁抗扭承载力的影响.pdf
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1、78 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 3 9卷第 1期 2 0 1 3年 2月 钢筋锈蚀对混凝土梁抗扭承载力的影响 王凤池, 陈 锋, 王国业, 任绍南 ( 沈阳建筑大学土木工程学院, 辽宁 沈阳1 1 0 1 6 8 ) 摘要 : 为了研究钢筋锈蚀对纯扭构件承载力的影响, 基于对 1 2根模型梁的快速锈蚀, 对不同锈蚀率的混凝土梁 进行纯扭加载试验。构件初始裂缝大部分出现在 1 3梁跨处附近, 很少出现与初始斜裂缝相一致的极限主裂缝。 锈蚀梁力一 位移曲线没有明显的屈服阶段, 构件破坏呈脆性。梁的抗扭极限承载力随锈
2、蚀率的升高而降低, 在相同 锈蚀率下箍筋锈蚀构件的承载力下降较多, 延性降低趋势显著。研究表明, 钢筋锈蚀削弱了构件开裂前的抗扭刚 度, 降低了钢筋自身的抗扭能力, 导致混凝土梁的抗扭承载力下降。考虑了钢筋锈蚀的变角空间桁架法计算结果 与试验结果符合较好。 关键词: 混凝土结构; 钢筋锈蚀; 抗扭 中图分类号: T U 3 7 5 5 文献标志码: A 文章编号: 1 0 0 8 1 9 3 3 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 7 8 0 4 Effe c t s o f s t e e l c o r r o s i o n o n c o n c r e t e b e a m t o
3、 r s i o n a l b e a r i n g c a p a c i t y W ANG Fe n g c h i , CHEN Fe n g, W ANG Gu o y e, REN S h a o n a n ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g , S h e n y a n g J i a n z h u U n i v e r s i t y , S h e n y a n g 1 1 0 1 6 8 , C hi n a ) Ab s t r a c t : I n o r d e r t o s t u d
4、y e ff e c t s o f s t e e l c o r r o s i o n o n t h e t o r s i o n a l b e a ri n g c a p a c i t y of c o n c r e t e b e a ms , c o n s i d e r e d d i f f e r e n t c o r r o s i o n r a t e , p u r e t o r s i o n a l l o a d i n g t e s t w e re c a r r i e d o u t f o r 1 2 f a s t r u s t
5、 mo d e l b e am s Mo s t o f t h e i n i t i a l c r a c k s a p p e a r e d n e ar t h e 1 3 bea m s p a n i n t h e c o mp o n e n t , b u t t h e l i mi t ma i n c r a c k wa s r a r e l y c o n s i s t e n t w i t h t h e i n c h n e d i n i t i a l c r a c k T h e re i s n o o b o u s y i e l
6、d s t a g e i n f o r c e - d i s p l a c e me n t c u r v e o f c o rro d e d b e a m, a n d t h e d a ma g e typ e i s b ri t t l e f a i l u r e T h e b e a m t o r s i o n al be a r i n g c a p a c i t y i n c rea s e s w i t h t h e c o r r o s i o n r a t e d e c r e asi n g I n t h e s a me c
7、 o r r o s i o n r a t e , b e a r i n g c a p a c i t y o f t h e bea ms wh i c h s t i r r u p c o r r o d ed b e c o me s mu c h l e s s , a n d t h e d u c t i l i t y t e n d s t o d e c r e ase s i g n i fi c ant C o n s i d e r e d t h e s t e e l c o rro s i o n , t h e v a ri a b l e - a n
8、g l e s p a t i a l t rus s mo d e l h as b e t t e r p rec i s i o n i n c alc u l a t i o n S t u d i e s s h o w t h a t t h e s t e e l c o r r o s i o n r e s ult s i n d e c r e a s i n g t h e t o rsi o n al bea r i n g c a p a c i t y t h r o u g we a k e n i n g t o r s i o n al s t i ff n
9、e s s bef o r e c r a c k i n g , and r e d u c i n g t h e s t e e l t o rsi o n al c a p a c i ty Ke y wo r d s: c o n c r e t e s t r u c t u r e s ; s t e e l c o r r o s i o n; d u c t i l i t y 0 前言 钢筋 锈蚀是 混凝 土构件 破坏 的首 要原 因 ( M e th a , 1 9 9 1 ) 。锈蚀严重的钢筋混凝土构件不仅 影响构件的适用性 , 而且 由于构件的承载性能退化 , 还可能
10、危及结构安全- 】 引。钢筋锈蚀对受弯构件的 影响主要导致钢筋截 面损失 、 钢筋性能劣化和粘结 性能的下降。C a s te l A等对暴露 1 4年自然锈蚀钢 筋混凝土梁进行的受弯试验表 明, 锈蚀梁的承载力 应考虑钢筋截面减小和黏结力损失 。M a n g a t P S 等对 1 l 1 根钢筋混凝土梁进行了锈蚀试验, 建立了 考虑腐蚀电流的钢筋锈蚀后构件剩余弯曲强度的计 算模型 J 。C a p o a z u c c a R基于完全黏结和平截面假 收稿 日期: 2 0 1 】 -0 9 - 0 7 作者简介: 王凤池( 1 9 7 0一 ) , 男, 辽宁黑山人, 教授, 博士,
11、主要从事 土木工程的研究 。 基金项 目: 沈阳市科技计划项 目( F 1 0 1 4 4 - 9 -00) ; 辽宁省教育厅科 研 计划项 目( L 2 O 1 o 4 5 3 ) E m a i l : c e f c wa n g z I1 e d u c n 设 , 对锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能进行 了研究 , 提 出 了截 面 强 度 的 直 接 法 和 反 分 析 法 J 。惠 云 玲 ( 1 9 9 7 ) 、 金伟 良( 2 0 0 1 ) 等综合考虑钢筋截面损失、 钢筋性能损失、 粘结性能的退化等, 分别给出了钢筋 强度降低系数, 用锈后钢筋混凝土协同工作降低系 数反应粘结性能
12、退化的影响。惠云玲 ( 1 9 9 7 ) 、 史庆 轩( 1 9 9 9 、 2 0 0 1 ) 等对于锈蚀受压构件的研究表明, 影响偏心受压构件的承载力主要有两个方面 : 一是 混凝土截面损伤和钢筋截面损失与力学性能退化; 二是锈蚀引起钢筋与混凝土之间粘结性能退化, 导 致钢筋与混凝土不能很好地协同工作。张伟平 ( 1 9 9 9 ) 根据不同的破坏形态推导了锈蚀受压构件 承载力的计算公式, 考虑了钢筋和 昆 凝土的截面损 失、 强度和粘结性能退化, 并考虑了锈蚀后受压区高 度的提高。 综上可见, 目 前对锈蚀混凝土构件承载力退化 研究方面取得了一些进展, 但对于锈蚀构件受扭情 况却研究不
13、多 , 而在建筑结构 中, 结构 处于受扭 四川建筑科学研究 第 3 9卷 的抗变形能力有很大的影响, 甚至导致构件 出现脆 性破坏特征。构件破坏后期 , 锈蚀构件曲线下降 比 非锈蚀构件下降缓慢。 D | r nn l 图 5 ND曲线对比 F i g 5 F o r c e ( N) - d i s p l a c e me n t ( D)c u r v e s 构件初始裂缝大部分出现在 1 3梁跨处附近, 然后沿3 5 。 一 4 5 。 方向往两边延伸。当荷载达到极 限时, 裂缝宽度为 12 m m。裂缝最大宽度可达 7 1 2 m m。构件初始裂缝倾角与构件的最大裂缝倾 角不同,
14、初始裂缝一般与构件纵轴成 4 5 。 角左右, 而 最大裂缝倾角总是小 于 4 5 。 , 很少出现与初始斜裂 缝相一致 的主裂缝。 当荷载渐近极 限时 , 在构件表面形成更多螺旋 形斜裂缝 , 构件成为带斜 向裂缝工作 的空间笼状结 构。表 l 为构件锈蚀率与裂缝倾角的关系。 表 1 裂缝倾角与锈蚀率的关系 Ta b l e 1 S t a t i s ti c s o f c o r r o s i o n r a t e a n d c ra c k i n c l i n a t i o n 纵筋锈蚀构件主裂缝与纵轴所成角度要比箍筋 锈蚀构件的大一些。纵筋锈蚀构件中, 钢筋锈蚀越 严重
15、其主裂缝与纵轴所成角度越大; 箍筋锈蚀构件 中, 箍筋锈蚀得越严重, 其主裂缝与纵轴所成角度越 小。初始裂缝倾角与锈蚀率没有明显的规律。 3 钢筋锈蚀对受扭承载力的影响 3 1 钢筋锈蚀率对构件承载力的影响 钢筋锈蚀对构件的极限扭矩有明显的影响。图 6为纵筋锈蚀与箍筋锈蚀梁的抗扭极限承载力与锈 蚀率的关系。构件的抗扭极限承载力随锈蚀率的升 高而降低。在相同锈蚀率下箍筋锈蚀构件的承载力 下降较多, 在 P=6 时, 纵筋锈蚀构件的极 限抗扭 承载力降低 了 6 1 , 箍筋锈蚀构件 的极限抗扭承 载力降低了 1 0 5 。这是因为钢筋锈蚀引起钢筋 截面减少和强度降低, 锈蚀产生的体积膨胀使混凝
16、土保护层沿钢筋方向开裂, 从而使混凝土截面产生 损伤, 混凝土和钢筋之间的粘结性能退化。根据空 间桁架理论 J , 在抗扭承载力上, 箍筋的作用比纵 筋大, 因此其锈蚀导致承载力降低得多。 图6 T- p曲线 Fi g 6 T P c u r v e s 3 2 锈蚀构件延性分析 1 ) 锈蚀构件的 一 曲线 : 如图 7所示, 构件在 开裂前, 混凝土在抵抗扭矩中起主要作用。 一 曲 线偏离直线, 发生转折, 构件开裂, 纵筋和箍筋开始 发挥作用。随着锈蚀率的增大, 构件开裂荷载减小。 开裂后构件 的 一 曲线呈非线性 , 由于钢筋 的变 8 。 6。 亨 喜 。0 2 。 0 0 0 0
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