钢筋混凝土梁板安全锈蚀率限值探究.pdf

低温建筑技术 2 0 1 1 年第 9 期( 总第 1 5 9 期) 钢筋 混凝 土梁板安全锈蚀 率 限值探究 张超超 ， ( 华侨大学 土木工程学院 ， 曾志兴 福建泉州3 6 2 0 2 1 ) 【 摘要】 综合分析了锈蚀钢筋混凝土梁板性能研究成果， 提出了钢筋混凝土安全锈蚀率的概念， 指出钢筋 混凝土楼板的“ 安全锈蚀率限值” 为 1 0 ， 钢筋混凝土梁的“ 安全锈蚀率限值” 为5 ； 比较了锈蚀率对钢筋混凝土 楼板及钢筋混凝土梁性能的影响， 发现钢筋混凝土梁对钢筋锈蚀率更加敏感； 提出把锈蚀钢筋混凝土梁板性能研 究成果与工程检测加固相结合 ， 可以避免工程检测中不必要的载荷实验， 具有一定的经济效益。 【 关键词】 安全锈蚀率限值； 延性性能 【 中图分类号】 T U 3 7 5 2 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 1 ) 0 9 0 0 5 0 0 3 P REL D A RY RES EARCH oN THE S AF E LI M r r oF CoRRoS I oN RATE oF REI NFORCED CoNCRETE S LAB AND B EAM ZHANG Cha o c h a oZENG Zh i x i n g ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， Hu a q i a o U n i v e r s i t y ， F u j i a n Q u a n z h o u 3 6 2 0 2 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e a r t i c l e g e n e r a l l y a n a l y z e d t h e r e s e a r c h r e s u l t s o f t h e P e r f o r ma n c e o f c 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 a n d p l a t e ，p r o p o s e d t h e c o n c e p t o f“ s a f e l i mi t o f c o r r o s i o n r a t e ”o f r e i n f o r c e d c o n - c r e t e ，a n d p r o p o s e d t h a t ：t h e“ s a f e l i mi t o f c o r r o s i o n r a t e ”o f Re i n f o r c e d c o n c r e t e fl o o r c a n b e 1 0 ；the “ s a f e l i mi t o f c o r r o s i o n r a t e ”o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m c a n b e 5 ： T h i s p a p e r c o mp a r e d t h e i n flu e n c e g e n e r a t e d b y t h e c o r r o s i o n r a t e o n t h e p e rf o r ma n c e o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e s l a b s a n d b e a ms ，a n d f o u n d t h a t r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms a r e mo r e s e n s i t i v e t o c o r r o s i o n r a t eI f w e c a n ma k e a c o mb i n a t i o n o f the r e s e a r c h r e s u l t s o f t h e p e r f o r ma n c e o f c 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 a n d p l a t e a n d t h e e n g i n e e r i n g d e t e c t i o n，w e ma y a v o i d s o me u n n e c e s s a r y l o a d t e s t s i n e n g i n e e ri n g d e t e c t i o n ，a n d t h i s c a n b rin g c e r t a i n e c o n o mi c be n e fit s 。 Ke y wo r d s ： t h e s a f e l i mi t o f c o r r o s i o n r a t e ；d u c t i l i t y 锈蚀钢筋的有效截面面积减小 ， 承载能力下降； 铁锈质 地疏松、 体积较钢筋膨胀约 2 4倍 ， 使得钢筋与混凝土的粘 结力下降， 削弱其协同工作的能力 ， 甚至引起混凝土保护层 胀裂、 剥落， 进一步加快钢筋锈蚀， 形成恶性循环。目前 ， 对 锈蚀后钢筋混凝土构件性能的研究 比较多， 但是很少把锈 蚀构件性能的研究成果与工程加固相结合。本文在总结了 锈蚀钢筋混凝土梁板性能研究成果的基础上， 提出了钢筋 混凝土的安全锈蚀率的概念， 给出了锈蚀钢筋混凝土梁和 板的检测加固意见， 对实际工程有一定参考价值。 1 锈蚀钢筋性能研究 钢筋锈蚀会引起其有效截面面积减小， 锈蚀的不均匀 性还会引起锈坑处应力集中， 这些必然会影响钢筋承载力 及变形性能。杜卫兵从某大型水库泄洪闸闸墩获取直径分 别为 中l 2、 驯9和2 5的 I 级钢筋2 l 根 ， 研究钢筋锈蚀率对 钢筋承载能力及延性性能的影响。 试验采用的钢筋锈蚀 率( 面积锈蚀率) 在 0 6 7 5 1 9 。研究结果表明， 钢筋 锈蚀率不大于 5 时， 钢筋的名义屈服强度下降幅度不大 于 1 2 ， 名义极限强度的降幅小于 1 6 ， 极限延伸率降幅较 大约为2 1 2 。另外 ， 袁迎曙等也研究了锈蚀钢筋的性能， 得出相近的研究成果。 2锈蚀钢筋混凝土板性能研究 表 1 承载能力 现浇钢筋混凝土楼板往往因为施工或养护方法不当， 环境温度变化， 混凝土硬化体积收缩等原因会产生许多微 裂缝 ； 钢筋混凝土楼板是典型的受弯构件， 支座及跨中混凝 土受拉 ， 而混凝土抗拉强度较低， 在荷载作用下很容易被拉 张超超 等 ： 钢筋混凝 土梁板 安全锈蚀率 限值探究 裂； 钢筋混凝土楼板与空气接触面积大， 很容易被碳化， 进 而使钢筋脱钝锈蚀； 这些因素都会使钢筋 昆凝土板 内的钢 筋产生锈蚀。钢筋锈蚀又会引起楼板顺筋裂缝， 甚至混凝土 保护层脱落， 使钢筋直接暴漏出来， 进一步加速钢筋锈蚀。 刘兴远、 林文修等取用重庆市某工业厂房皮革 车间不 51 同锈蚀程度的三块槽板 ， 进行静载试验， 研究锈蚀率对板承 载能力及变形性能的影响。宴验结果 见表 1 、 表 2 。 实验结果显示板内钢筋锈蚀率控制在 1 5 以内， 槽板 极限承载力下降 1 4 一 2 5 ， 但仍能满足承载力要求， 且有 一 定安全储备及变形能力， 满足延性要求。 表 2 板二变形能力 黄素清， 朱继华通过数值模拟与试验研究相结合的办 法， 研究了不同钢筋锈蚀率下， 钢筋混凝土板的性能变化情 况。 L 3 研究结果表明， 钢筋锈蚀率为 1 0 时 ， 板极限承载力 下降率约为 8 左右。赵根 田用建于2 0世纪 6 0年代， 服役 期已达 4 0年的某大型冶金企业铸铁车间的大型屋面板， 进 行了试验 ， 研 究钢筋锈蚀对钢筋混凝土屋面板的变形性 能。 所选大型屋面板的板肋混凝土均 出现沿主筋方向的 纵向裂缝和竖 向裂缝， 混凝土保护层剥落。竖 向裂缝宽度 多在 0 1 5 mm左右 ， 个别达 0 4 m m， 沿主筋方向的纵向裂缝 宽度及长度差别较大， 宽度在 0 51 O mm。试验表明： 钢 筋锈蚀 、 板肋开裂的屋面板 ， 在荷载作用下尚能正常工作 ， 并且所有试件均为受弯破坏。正常使用荷载作用下 ， 板的 挠度和裂缝宽度值均小于允许值。 上述研究说明： 钢筋混凝土楼板 内钢筋锈蚀率不大于 1 0 时 ， 楼板承载力下降 1 0 左右， 仍能满足正常使用荷载 要求， 且有一定安全储备； 楼板破坏时有足够的变形 ， 属延 性破坏。钢筋混凝土楼板“ 安全锈蚀率限值” 为 1 0 。 3 锈 蚀钢筋混凝土梁性能研究 目前 ， 锈蚀钢筋混凝土梁的研究主要集中在钢筋开始 锈蚀时间的预测、 锈蚀钢筋混凝土粱承载能力、 锈蚀钢筋与 混凝土之间粘结滑移性能、 锈蚀钢筋混凝土梁变形性能、 锈 蚀钢筋混凝土梁的破坏模式等方面。 中国矿业大学的袁迎署研究了受力主筋锈蚀( 主筋锈 蚀率分别为0 、 5 、 1 0 ) ， 箍筋未锈蚀的三根钢筋混凝土 简支梁的承载能力和变形性能。 试件截面尺寸为 1 2 0 m m 2 0 0 m m， 梁长度为 1 9 0 0 m m， 主筋保护层厚度为 2 5 r n m， 试 验采用恒定电流法对钢筋进行加速锈蚀。试件极限荷载 j 如表 3所示 ； 根据试验结果绘制出三根梁的荷载挠度曲线 图 J ， 如图 1所示。 表 3 试 件承载 力 试验表明， 钢筋混凝土梁的钢筋锈蚀率不大于 5 时， 试件有明显的屈服点， 极限承载力降低 1 0 左右 ， 仍能满足 建筑物在 设计标 准荷 载下 的承 载 力要求 ， 且有 一定 安全 储 6 0 4 0 2 0 0 2 4 6 8 挠度， mm 图1 荷载一 挠度曲线 ( 0) 备； 梁延性下降 1 1 2 以内， 破坏时有明显屈服变形以及破 坏裂缝。梁的钢筋锈蚀率不大于 5 时， 混凝土与钢筋粘结 性能减弱 ， 但尚能建立起较有效的粘结， 梁破坏形式仍为延 性破坏。当钢筋锈蚀率达到 1 0 左右 ， 梁屈服点退化 ， 承载 力和刚度较未锈蚀梁发生明显下降， 结构延性明显丧失。 沈德建 ， 吴胜兴研究了大气环境下， 锈蚀钢筋混凝土外 伸梁力学性能 。试验试件的钢筋锈蚀率均小于 5 。试 验结果表明： 当锈蚀率低于 5 时， 在受弯过程中仍较好地 符合平截面假定； 正弯矩区承载力下降约 8 5 一1 2 5 左 右， 负弯矩区承载能力下降约为5 ； 通过对梁跨中荷载 一 位移曲线图分析知道， 锈蚀率低于 5 的钢筋混凝土梁， 在 破坏之前有较大的位移， 明显的破坏征兆， 属于延性破坏。 金伟良等研 究 了锈蚀对钢筋 混凝 土短梁力学 性能 的影 响 。研究表明： 筋锈蚀率小于 9 时， 短梁 的抗弯抗剪承 载能力几 乎不 受影 响。 锈蚀钢筋混凝土梁的试验研究结果表明： 钢筋锈蚀率 约为 5 的梁， 承载能力下降 1 0 左右， 仍能满足正常使用 荷载标准要求 ， 且有一定的安全储备 ， 钢筋混凝土梁的“ 安 全锈蚀率限值” 为 5 ； 钢筋锈蚀率不大于 5 的梁， 在破坏 过程中存在明显的屈服现象 ， 破坏之前有较大的位移裂缝 等破坏征兆， 属于延性破坏。通过锈蚀钢筋混凝土梁和板 性能的对比发现， 钢筋锈蚀对梁性能的影响更为显著。 4钢混梁板 安全锈 蚀率概念在工程检测加 固中的应 用 ( 1 ) 锈蚀率明显不大于 1 0 的楼板以及锈蚀率明显 不大于 5 的粱， 若存在明显锈胀裂缝， 只需进行嵌缝处理； 若有铁锈渗出， 则要对锈蚀钢筋进行除锈和防锈处理并更 换新的混凝土保护层。 ( 2 ) 锈蚀程度不好判断的构件 ， 首先应选择适 当的检 测方法 ， 检测钢筋的锈蚀率； 对锈蚀率不大于 1 0 的楼板和 锈蚀率不大于5 的梁 ， 采取适当措施阻止钢筋的进一步锈 z 秣挺 5 2 低温建筑技术 2 0 1 1 年第9期( 总第 1 5 9期) 周 边局部双层球 面 网壳 特征值屈 曲分析 李峰 ， 马旭 ( 西安建筑科技大学土木工程学院 。 西安7 1 0 0 5 5 ) 【 摘要】 通过对满应力设计出周边双层中间单层的球面网壳进行特征值屈曲分析， 寻找网壳的薄弱部分； 同时， 对相同跨度、 相同矢高、 相同厚度的双层网壳建模， 对比二者屈曲模态以及临界荷载系数。为了提高局部双 层网壳的临界荷载 ， 调整网壳关键部位的杆件截面以及构造方式， 重新进行特征值屈曲分析。 【 关键词】 满应力设计； 局部双层网壳； 双层网壳 ； 临界荷载系数； 用钢量 【 中图分类号】 T U 3 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 0 9 0 0 5 2 0 2 网壳按层数划分可以分为双层网壳和单层网壳； 双层 网壳杆件主要承受轴力， 整体受力性能好， 结构的承载力 高， 但是用钢量较大。单层 网壳的结构形式简洁、 美观、 节 点少， 用钢量少 ， 但是稳定承载力低。本文对联方型局部 双层网壳建模， 对其进行特征值屈曲分析并将其和相同条 件下的双层网壳进行对比； 找出满应力设计下局部双层网 壳模型的薄弱部位， 并对其进行改进； 同时结合用钢量等因 素对周围双层中间单层的局部双层网壳作出评价。 1 网壳的稳定性分析方法 网壳结构的稳定性分析有两种分析方法， 一种是线性 分析方法； 一种是非线性分析方法 j 。线性分析方法是一 种理想化的情况， 属于结构弹性稳定分析， 是第一类失稳问 题 ， 目的是要求解临界荷载值； 在 A N S Y S中对应的分析类型 是特征值屈曲分析。这种分析方法会高估其承载力 ， 但是 它可以反映出网壳的薄弱部位。 本文对满应力设计出周边双层中间单层的球面网壳进 行特征值屈曲分析 ， 由于网壳上施加的荷载并非单位荷载 ， 因此对本文中所建模型的线性分析不能得出网壳的临界荷 载具体值 ， 只能得出结构在每一个屈曲模态时的荷载系数。 2 局部双层网壳的特征值屈曲分析 2 1 局部双层网壳和双层网壳的特征值屈曲分析 首先建立5 0 m跨度， 矢跨比 1 5 ， 单层跨度占总跨度比 例为 0 5 3 9的联方型局部双层网壳模型， 双层部分的厚度是 1 2 5 m。用 M S T 2 0 0 8对模型进行满应力设计， 赋予网壳各个 杆件截面， 然后将网壳模型及其杆件和荷载信息一起导入 有限元分析软件 A N S Y S ， 对满应力设计出的网壳进行特征 值屈曲分析。满应力设计时所采用的荷载组合为 ： 1 2恒载 +1 4活载 +0 8风载； 其 中恒 载为 0 2 k N m m ， 活载为 0 5 k N m m ， 基本风压为 0 3 5 k N m m 。 对于周围双层中间单层的局部双层网壳来说 ， 单双层 交接处可以采用不同的处理方式。上述局部双层网壳模型 采用单双层连接构造一， 如图 1 所示。节点 1 是单层部分边 界上的节点， 节点 2是最内一圈的下弦杆的节点， 最内侧一 圈的腹杆( 如节点 2和节点 3之间的杆件) 按梁单元计算。 当达到一阶屈曲模态时， 荷载系数为 1 0 6 3 1 ， 靠近单层 范围靠近边界的位置某一节点处 z 向位移达到最大， 和该节 点在同一个圆上的另外一个节点的 z 向位移达到最小值； 第 二阶、 第三阶、 第四阶屈 曲模态的荷载系数分别是 1 0 6 3 1 、 蚀； 锈蚀率大于 1 0 的楼板和锈蚀率大于 5 的梁， 要进行 载荷实验， 根据实验结果进行加固。 ( 3 ) 锈蚀率明显大于 1 0 的楼板以及锈蚀率明显大 干5 的梁， 可直接进行载荷实验， 判断构件能否满足设计 承载能力极限状态要求， 根据实验结果进行加固。 5结语 由于结构载荷实验复杂， 费时、 费力、 实验费用高、 对结 构有损伤， 而钢筋锈蚀率检测过程简单， 操作方便， 方法多 样， 多是无损检测或对构件损伤很小。因此， 对上述 ( 1 ) 、 ( 2 ) 两种情况， 可避免不必要的载荷实验 ， 节省检测时间与 检测成本， 具有很大的经济意义。 参考文献 1 杜卫兵 长期 自然环境下结构巾混凝 土与钢筋的力学特性 J 中国港湾建设， 2 0 1 0 ， 4 ( 2 ) ： 3 5 3 8 2 刘兴远， 林文修， 等 钢筋锈蚀槽板静载荷试验研究 J 土木 工程学报 ， 2 0 o 4， 4 ( 3 7 ) ： 3 3 3 7 3 黄素清， 朱继华 ， 刑锋 锈蚀钢筋混凝土板的承载能力分析 J 结构设计与施工技术， 2 0 0 9 ， ( 1 1 ) ： 2 3 2 5 4 赵根 田， 李永和 钢筋锈蚀与混凝土破损后屋 面板的变形 与裂 缝研究 J 工业建筑， 2 0 0 4 ， ( 3 4 ) ： 5 4 5 6 5 袁迎署， 贾福萍， 蔡跃 锈蚀钢筋混凝土梁的结构性能退化模 型 J 土木工程报 ， 2 0 0 1 ， 6 ( 3 4 ) ： 4 7 5 2 6 沈德建， 吴胜兴 大气环境下锈蚀钢筋混凝土外伸梁力学性能 试验研究 J 工业建筑 ， 2 0 0 8 ， ( 3 8 ) ： 8 8 9 1 7 金伟良， 陈驹 ， 等 钢笳锈蚀对钢筋混凝土短梁力学性能的影 响 J 华 中科技 大学学报 ， 2 0 0 3 ， 3 ( 2 0 ) ： l一3 收稿 日期 2 0 1 1 0 42 2 作者简介 张超超( 1 9 8 5一) ， 男 ， 河南 汝州人 硕 士研究 生 从 事防灾减灾工程及防护= ： 程研究 。