负载锈蚀钢筋混凝土梁变形性能试验研究.pdf
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1、水利水电技术第 4 4卷2 0 1 3年第9期 负载锈蚀钢筋 混凝土梁变形 性能试验研究 王 青 ,温婷 ,徐港 ,梁桂林 ( 1 中南大学 土木工程学院,湖南 长沙4 1 0 0 7 5 ;2 三峡大学 土木 与建筑学院,湖北 宜昌4 4 3 0 0 2 ) 摘 要 :通过 对不同负荷 条件下锈 蚀梁 的承 栽力试验 ,探 讨 了持荷 大小与试件 内钢 筋锈 蚀程度 间 的关 系,分析 了钢筋锈蚀率大小对 混凝 土梁 变形性能的影响规律 。研 究结果表 明 :负载作 用对钢 筋锈 蚀有促进作用 ;混凝土强度 的后期增 长能有效地弥补锈 蚀对 梁变形 造成的不利影响 ;混凝 土 强度相近 时,
2、随钢 筋锈蚀程度增加 ,锈 蚀 梁跨 中挠度增 大 ,挠度计 算时应考虑粘 结性 能退化 引起 的 抗 弯 刚度 降低 的影 响 。 关键词 :负载 ;锈蚀 ;钢筋混凝土梁;挠度 中图分类号 :T V 3 3 2 1 2 文献标识码 :A 文章编号 :1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 3 ) 0 9 0 1 3 7 0 4 Ex pe r i me n t a l s t ud y o n d e f or m a t i o n pe r f o r m a nc e o f c o r r o d e d r e i nf or c e d c o nc r e t e be
3、 am un de r s us t a i ne d l o a d WA N G Q i n g 一 , WE N T i n g ,X U G a n g ,L I A N G G u i l i n ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g , C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y , C h a n g s h a 4 1 0 0 7 5 ,H u n a n ,C h i n a ; 2 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r
4、i n g a n d A r c h i t e c t u r e ,C h i n a T h r e e G o r g e s U n i v e r s i t y , Y i c h a n g 4 4 3 0 0 2, H u b e i ,C h i n a ) Ab s t r a c t :T h r o u g h t h e t e s t s o n t h e b e a ri n g c a p a c i t i e s o f c o rro d e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms u n d e
5、 r v a ri o u s l o a d i n g c o n d i t i o n s , t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e s i z e o f s u s t a i n e d l o a d a n d t h e c o r r o d e d d e g r e e o f s t e e l r e i nfo r c e me n t i n t h e s p e c i me n h a s b e e n e x p l o r e d a n d t h e l a w o f t h e
6、i mp a c t f r o m t h e c o r r o s i o n r a t i o o f t h e r e i nfo r c e me n t o n t h e d e f o r ma t i o n p e r f o r ma n c e o f t h e b e a ms h a s b e e n a n a l y z e d a s w e l 1 T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e l o a d h a s a p r o mo t i n g e f f e c t o n t
7、h e c o r r o s i o n o f r e i nfo r c e me n t a n d t h e i n c r e a s e o f t h e c o n c r e t e s t r e n g t h d u ri n g t h e l a t e r p e ri o d c a n e f f e c t i v e l y ma k e u p t h e u nfa v o r a b l e i mp a c t fro m t h e c o r r o s i o n o n t h e d e f o rm a t i o n o f t
8、h e b e a mWh e n t h e c o n c r e t e s t r e n g t h s o f t h e b e a ms a r e s i mi l a r ,t h e mi d s p a n d e fl e c t i o n s i n c r e a s e a l o n g wi t h t h e i n c r e a s e s o f t h e r e i nfo r c e me n t c o rro s i o n d e g r e e s T h e r e f o r e ,t h e i mp a c t fro m t
9、 h e d e c r e a s e o f t h e b e n d i n g r i g i d i t y c a u s e d b y t h e d e gra d a t i o n o f t h e b o n d i n g p e r f o r ma n c e mu s t b e c o n s i d e r e d d u r i n g c a l c u l a t i n g t h e d e fl e c t i o n c o n c e r n e d Ke y wo r d s :s u s t a i n e d 1 o a d ;c
10、o r r o s i o n;r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m ;d e fl e c t i o n 钢筋锈蚀是导致混凝土结构性能耐久性不足的主 要原因,国内外学者对锈蚀钢筋构件抗力性能的退化 规律已进行 了一些研究 ,但 现有 的成果多集 中 在构件剩余承载能力评估方面,对锈蚀影响结构变形 性能的研究较少 ,尤其关于服役结构在长期荷载与锈 蚀共 同作用影响下变形性能劣化的规律研究更少 。为 此 ,本文通过对不 同负荷条件下 锈蚀梁 的承载力试 验 ,探讨了持荷大小 与试件 内钢筋锈蚀程度 间的关 系 ,分析了钢筋锈蚀率大小对混凝土梁变
11、形性能的影 响规律 。 W a t e rRe s o u r c e s a n dHy d ro p o we rEn gin e e r i n g Vo 1 4 4No 9 1 试验方案 1 1 试件设计 试验 梁 尺 寸为 b x h x l =2 0 0 mm 3 5 0 1 11 1 1 X 收稿 日期 :2 0 1 2 0 4 2 0 基金项 目:国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 1 0 9 1 2 1 ) ;高速铁 路建造技 术 国家工程实验室开放基金 资助项 目;湖北省教 育厅 科学 研究计划重点项 目( D 2 0 0 9 1 3 1 0 ) ;三峡大学创新 科研基
12、 金 资助( 2 0 1 1 C X 0 2 4 ) 。 作者简介:王青( 1 9 7 6 一) ,女,江苏无锡人,三峡大学副教授。 1 3 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王青, 等负载锈蚀钢筋混凝土梁变形性能试验研究 2 5 6 7 5 7 0 0 6 7 5 25 Ii 2 1 O O 图 1 试件详图( 单位 :m m) 2 1 0 0 mm,保护层厚度为 2 5 mm,配筋情况及尺寸详 见图 1 。混凝 土强度等级 为 C 3 0 ,为加快锈蚀 效率 , 混凝土内掺人 占水泥质量 5 的 N a C 1 。 1 2 材料性能 试验材料 :水泥采用三
13、峡牌 P C 3 2 5复合硅酸 盐水泥 ,其各项指标均达 国家标准 ;石料采用卵石 , 粒径 51 6 mi l l ,连 续级 配 ;砂 为河砂 ,细 度模 数 2 2 1 ,属 区级配 ;水用 自来 水 。混凝 土 配合 比: 水 : 水泥 : 砂 : 石 = 0 4 1 : 1 : 1 1 3: 2 6 4 。 同期浇筑试验梁 4根 ,各梁在 2 8 d和加载试验 时伴随立方块抗压强度 值见表 1 ,纵向受力钢筋屈 服强度 = 3 8 0 MP a 。 表 1 混凝土抗压强度 强度 M P a 试件编号 -, = 2 8 Ll 41 3 4 7 2 3 8 7 4 6 8 I J3 3
14、 8 3 5 0 6 L 4 3 8 3 5 9 6 1 3锈蚀方案 试件 锈蚀方 案 ,即在试 验梁 跨 中 1 3区段 内, 利用导线分别将 梁底纵 向受拉钢筋 和不锈钢 片 ( 埋 置在被质量 分数 为 3 N a C I 溶液 浸透 的海绵 中) 连 接在恒流 电源的正负极 上通电锈蚀。所有被锈蚀试 件通电时间相同 ,电流大小也相 同 ,均为 0 1 A( 见 表 2 ) 。 表 2 试验梁锈蚀方案 试件编号 通电电流 A 跨中弯矩 k N m L1 _ L 2 O 1 I 3 O 1 4 4 IA 0 1 5 4 1 4 加载方法 持荷锈蚀试件均采用砝码加载,持荷 时间为 1 2 年
15、。锈蚀完成后进行承载力试验 时,4根梁均采用 四 点弯 曲方式加载( 见 图2 ) ,并在跨 中梁底和支座梁顶 1 3 8 架设位 移计 ,用 于测量 试件 挠 度 ,在试件纯弯段内侧粘贴 5个 等间距应变片用于采集随荷载增 加沿梁 高度方 向混凝 土 的应 变 值 。 2 试验现象和结果分析 2 1 试 验现 象 L 2、L 3及 L 4锈蚀完成后发现在跨 中梁底和侧面 均出现沿纵筋方向的锈胀裂缝 ,最大缝宽达 1 8 m m, 裂缝周 围有大量锈蚀产物流出,破型试件截取跨 中区 段钢筋清洗后发现表面为麻状 ,局部坑蚀明显 ,平均 锈蚀率和钢筋锈蚀后截面有效面积如表 3所列。承载 力试验结果
16、表明,锈蚀梁仍发生的是正截面破坏 。 支座 图2 试件加载简图( 单位 :mm) 2 2结果分析 2 2 1 负载对钢筋锈蚀的影响 通过表 3中 L 2、I J 3及 L 4三根梁钢筋的锈蚀率可 以看 出,在其他条件相同的情况下 ,持荷梁的钢筋锈 蚀率 比未持荷梁大 ,而且持荷 越大 ,锈蚀程度越 严 重 ,与文献 1 l1 2 所反映情况类似 ,说 明负荷程 度对钢筋锈蚀速 度有一定 的影 响 ,其主要原 因可能 是 :( 1 ) 持荷条件下梁底处于受拉状态,将促进该区 域混凝土内部缺陷、微裂缝扩展 ,使得外界水分和氧 气更容易侵入 ,从而加速 了钢筋 的锈蚀 ;( 2 ) 梁底纵 筋在拉力
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