重庆交通大学土木工程学院1混凝土混凝土结构耐久性2016年年4月月22日日重庆交通大学土木工程学院重庆交通大学土木工程学院吴 海 军博士、教授吴 海 军博士、教授Durability of Concrete StructureDurability of Concrete Structure重庆交通大学土木工程学院2第12章 锈蚀钢筋混凝土构件 力学性能研究第12章 锈蚀钢筋混凝土构件 力学性能研究锈蚀后的抗弯、抗剪、抗压性能锈蚀后的抗弯、抗剪、抗压性能重庆交通大学土木工程学院312.1 锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能12.2 锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能12.3 锈蚀钢筋混凝土梁抗压性能锈蚀钢筋混凝土梁抗压性能第12章 锈蚀钢筋混凝土构件 力学性能研究第12章 锈蚀钢筋混凝土构件 力学性能研究重庆交通大学土木工程学院412.1 锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能锈蚀后的受力性能既是锈蚀后的受力性能既是耐久性问题、也是安全性问题耐久性问题、也是安全性问题锈蚀后锈蚀后承载力、延性、破坏形态承载力、延性、破坏形态等发生变化等发生变化构件性能变化的基础是材料性能变化构件性能变化的基础是材料性能变化重庆交通大学土木工程学院512.1 锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能12.1.1 试验研究试验研究 以往广泛研究了以往广泛研究了平均锈蚀与承载力平均锈蚀与承载力的关系的关系梁中弯矩最大截面与钢筋坑蚀最严重截面梁中弯矩最大截面与钢筋坑蚀最严重截面往往不会在空间上重合往往不会在空间上重合锈蚀钢筋混凝土梁受弯破坏时不一定会发生在弯矩最大截面锈蚀钢筋混凝土梁受弯破坏时不一定会发生在弯矩最大截面，在某些弯矩相对较小的截面上，当钢筋坑蚀更为严重时，梁的弯曲破坏也发生在这些截面上，在某些弯矩相对较小的截面上，当钢筋坑蚀更为严重时，梁的弯曲破坏也发生在这些截面上锈蚀前后有不同（承载力、破坏位置、形态）锈蚀前后有不同（承载力、破坏位置、形态）重庆交通大学土木工程学院612.1 锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能配置配置HRB500钢筋的构件在锈蚀前后的研究钢筋的构件在锈蚀前后的研究材料性能见下表（是材料性能见下表（是实测参数 非 设计值实测参数 非 设计值）重庆交通大学土木工程学院712.1 锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能 试件钢筋直径、数量不同试件钢筋直径、数量不同 混凝土不同混凝土不同重庆交通大学土木工程学院812.1 锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能 0梁作为参考比较对象梁作为参考比较对象 1-9梁锈蚀率逐步增加梁锈蚀率逐步增加 采用采用电渗一恒电流一干湿循环加速锈蚀方法电渗一恒电流一干湿循环加速锈蚀方法，对试件进行加速锈蚀，对试件进行加速锈蚀重庆交通大学土木工程学院912.1 锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能 加载采用两集中力加载，纯弯段长度为加载采用两集中力加载，纯弯段长度为500mm,支座为铰接支座为铰接 在支座处、加载点处和跨中布置百分表，在梁跨中侧面和顶部布置混凝土应变片，另外，在浇筑时预先在纵筋跨中位置粘贴了应变片在支座处、加载点处和跨中布置百分表，在梁跨中侧面和顶部布置混凝土应变片，另外，在浇筑时预先在纵筋跨中位置粘贴了应变片重庆交通大学土木工程学院1012.1 锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能重庆交通大学土木工程学院1112.1 锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能重庆交通大学土木工程学院12钢 筋 强 度 降 低 系 数 、 承 载 力 变 化 情 况钢 筋 强 度 降 低 系 数 、 承 载 力 变 化 情 况重庆交通大学土木工程学院1312.1 锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能 比较比较钢筋截面平均锈蚀率钢筋截面平均锈蚀率average、钢筋、钢筋抗拉强度降低系数抗拉强度降低系数kr, u、锈胀、锈胀裂缝平均宽度裂缝平均宽度wc, average，和，和锈胀裂缝最大宽度锈胀裂缝最大宽度wc，max对锈蚀钢筋混凝土梁对锈蚀钢筋混凝土梁相对极限抗弯强度相对极限抗弯强度kb的影响。的影响。 锈胀锈胀裂缝平均宽度裂缝平均宽度 具有较好的相关性，具有可检测性，因此具有可行性与实用性具有较好的相关性，具有可检测性，因此具有可行性与实用性 强度下降规律与钢筋类别基本无关强度下降规律与钢筋类别基本无关重庆交通大学土木工程学院1412.1 锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能重庆交通大学土木工程学院1512.1 锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能 破坏模式：破坏模式：受压区被压坏（延性）、受拉区钢筋被拉断（脆）受压区被压坏（延性）、受拉区钢筋被拉断（脆） 受拉区钢筋被拉断：受拉区钢筋被拉断：锈蚀量较大、不均匀锈坑截面承载力明显下降，破坏突然，挠度突增，钢筋拉断，类似少筋梁的破坏特性锈蚀量较大、不均匀锈坑截面承载力明显下降，破坏突然，挠度突增，钢筋拉断，类似少筋梁的破坏特性重庆交通大学土木工程学院1612.1 锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能12.1.2 锈蚀后抗弯承载力计算方法锈蚀后抗弯承载力计算方法 通过系数通过系数kb反映影响，使用保护层锈胀平均开裂宽度反映影响，使用保护层锈胀平均开裂宽度wc, average 作为关键影响参数，也可描述为其他参数（平均锈蚀量、钢筋强度下降系数、最大裂缝宽度）与作为关键影响参数，也可描述为其他参数（平均锈蚀量、钢筋强度下降系数、最大裂缝宽度）与kb关系关系重庆交通大学土木工程学院1712.2 锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能影响机理影响机理 箍筋面积下降箍筋面积下降 抗剪破坏属脆性破坏抗剪破坏属脆性破坏重庆交通大学土木工程学院1812.2 锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能12.2.1锈蚀后的抗剪性能试验研究锈蚀后的抗剪性能试验研究 试件材料参数试件材料参数重庆交通大学土木工程学院1912.2 锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能12.2.1锈蚀后的抗剪性能试验研究锈蚀后的抗剪性能试验研究 试件配筋及几何参数试件配筋及几何参数 纵筋类型、箍筋间距纵筋类型、箍筋间距有差别有差别重庆交通大学土木工程学院2012.2 锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能3. 试验结果分析试验结果分析 总体上，总体上，达到达到极限荷载后，都为极限荷载后，都为脆性破坏、延性较差脆性破坏、延性较差 锈蚀量不大、刚度变化也不大锈蚀量不大、刚度变化也不大重庆交通大学土木工程学院2112.2 锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能3. 试验结果分析试验结果分析 （开裂规律）（开裂规律） 完好钢筋混凝土梁完好钢筋混凝土梁弯曲裂缝分布均匀弯曲裂缝分布均匀，各级荷载下，各级荷载下裂缝宽度也比较均匀裂缝宽度也比较均匀，裂缝开展也比较，裂缝开展也比较规律规律，裂缝均从梁底部向中性轴方向，裂缝均从梁底部向中性轴方向开展开展，剪切斜裂缝从支座处向加载点延伸，剪切斜裂缝从支座处向加载点延伸; 锈蚀梁中弯曲裂缝分布锈蚀梁中弯曲裂缝分布不规律不规律，各级荷载下裂缝宽度也，各级荷载下裂缝宽度也不均匀不均匀，裂缝，裂缝开展往往受锈胀裂缝影响改变开展方向开展往往受锈胀裂缝影响改变开展方向，且开展过程中往往是某条裂缝占据主导作用，且开展过程中往往是某条裂缝占据主导作用，其他裂缝不开展或是开展缓慢其他裂缝不开展或是开展缓慢，剪切斜裂缝开展过程中会受锈胀裂缝影响改变方向，与锈胀裂缝相交，引起受剪区混凝土在加载过程中发生剥落。，剪切斜裂缝开展过程中会受锈胀裂缝影响改变方向，与锈胀裂缝相交，引起受剪区混凝土在加载过程中发生剥落。重庆交通大学土木工程学院2212.2 锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能3. 试验结果分析试验结果分析（抗剪承载力规律）（抗剪承载力规律）B组组A组组重庆交通大学土木工程学院2312.2 锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能3. 试验结果分析试验结果分析 锈蚀量达到一定程度后，承载力的下降速率加快。这主要因为是当锈蚀达到一定程度后，会引起混凝土保护层的剥落，削弱了抗剪截面的有效宽度，加速了抗剪承载力的下降。锈蚀量达到一定程度后，承载力的下降速率加快。这主要因为是当锈蚀达到一定程度后，会引起混凝土保护层的剥落，削弱了抗剪截面的有效宽度，加速了抗剪承载力的下降。 该规律与抗弯不同该规律与抗弯不同重庆交通大学土木工程学院2412.2 锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能3. 试验结果分析试验结果分析 （公式主要参数的优选）（公式主要参数的优选） 随着随着锈胀裂缝宽度锈胀裂缝宽度增加，增加，SA组与组与SB组抗剪梁抗剪强度的下降趋势基本一致组抗剪梁抗剪强度的下降趋势基本一致 从线性拟合优度上来看，从线性拟合优度上来看，承载力变化与锈胀裂缝宽度的线性化程度较高承载力变化与锈胀裂缝宽度的线性化程度较高，用箍筋的锈胀裂缝宽度来反映锈蚀混凝土梁抗剪承载力的退化也是可行的，用箍筋的锈胀裂缝宽度来反映锈蚀混凝土梁抗剪承载力的退化也是可行的重庆交通大学土木工程学院2512.2 锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能3. 试验结果分析试验结果分析 （破坏形态）（破坏形态） 第一类失效模式是剪压面混凝土压碎破坏，即剪压破坏，临界斜裂缝将不断向加载作用点处延伸，使斜裂缝上端的混凝土的剪压面不断减小，最后剪压面在正应力和剪应力的共同作用下，混凝土达到复合受力极限强度破坏，对于第一类失效模式是剪压面混凝土压碎破坏，即剪压破坏，临界斜裂缝将不断向加载作用点处延伸，使斜裂缝上端的混凝土的剪压面不断减小，最后剪压面在正应力和剪应力的共同作用下，混凝土达到复合受力极限强度破坏，对于伸长率较高、延性较好的箍筋，当锈蚀程度较小时，抗剪梁的失效模式一般为此类伸长率较高、延性较好的箍筋，当锈蚀程度较小时，抗剪梁的失效模式一般为此类。 第二类失效模式是箍筋被拉断破坏，加载后在临界斜裂缝过程中，随着荷载的继续增大，第二类失效模式是箍筋被拉断破坏，加载后在临界斜裂缝过程中，随着荷载的继续增大，当箍筋延性不足、斜裂缝开展到一定宽度时，箍筋突然被拉断而破坏当箍筋延性不足、斜裂缝开展到一定宽度时，箍筋突然被拉断而破坏，对于，对于伸长率不高、延性不好的箍筋，或钢筋锈蚀程度较大时，抗剪梁的失效模式一般为此类伸长率不高、延性不好的箍筋，或钢筋锈蚀程度较大时，抗剪梁的失效模式一般为此类。 破坏形态见图破坏形态见图12-12重庆交通大学土木工程学院2612.2 锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能12.2.2 锈蚀后抗剪承载力计算方法锈蚀后抗剪承载力计算方法 （试验回归、经验公式）（试验回归、经验公式） 可以描述 平均锈蚀量、保护层锈胀平均开裂宽度可以描述 平均锈蚀量、保护层锈胀平均开裂宽度wc, average、钢筋强度下降系数、最大裂缝宽度作为关键影响参数钢筋强度下降系数、最大裂缝宽度作为关键影响参数重庆交通大学土木工程学院2712.2 锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能12.2.2 锈蚀后抗剪承载力计算方法锈蚀后抗剪承载力计算方法 （理论模型公式）（理论模型公式） 锈蚀后抗剪钢筋（箍筋）面积锈蚀后抗剪钢筋（箍筋）面积重庆交通大学土木工程学院2812.2 锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能12.2.2 锈蚀后抗剪承载力计算方法锈蚀后抗剪承载力计算方法 （理论模型公式）（理论模型公式） 锈蚀小时不考虑截面削弱锈蚀小时不考虑截面削弱 箍筋锈蚀严重时，则箍筋锈蚀严重时，则考虑有效截面宽度考虑有效截面宽度beff 考虑保护层厚度与箍筋间距关系的不同考虑保护层厚度与箍筋间距关系的不同，影响