04锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯承载力计算方法研究
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-第四章：钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算 共72页PPT资料
等效原则： 保持混凝土压应力合力C的大小不变。（等效
矩形应力图形与抛物线应力图形的形心位置相同）。
保持混凝土压应力合力C的作用点位置不变。
（等效矩形应力图形抛物线应力图形的面积相等）。
27
单筋矩形截面受压区混凝土的等效矩形应力图
等效矩形应力图受压区高度 x 与按平截面假定确定的 受压区高度 x0 之间的关系:
截面破坏。
P
P
混凝土压坏
P
P
混凝土压坏
正截面破坏
斜截面破坏
受弯构件的破坏形式
9
P
P
P
P
A
BC
D
+
CD
AB
_
M
V
BC段称为纯弯段；AB、CD段称为剪弯段。
xy
x
x
x
x
xy
3
1 10
§4.2 受弯构件正截面的受力特性 4.2.1 配筋率对正截面破坏特征的影响
AS b
as hh0
fy
…4－3
s,max 0.01 …4－4
24
4.3.2 单筋矩形截面正截面承载力计算
单筋截面：仅在受拉区配置受力钢筋的截面。 双筋截面：同时在受拉区和受压区配置受力钢筋的截面。
架立钢筋
a
单筋
b
单筋
c
单筋
d
双筋
25
1. 计算简图
单筋矩形截面计算简图
26
为简化计算，采用等效矩形应力图代替混 凝土受压区应力图。
第4章 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力
Strength of Reinforced Concrete Flexural Members
矩形应力图形与抛物线应力图形的形心位置相同）。
保持混凝土压应力合力C的作用点位置不变。
（等效矩形应力图形抛物线应力图形的面积相等）。
27
单筋矩形截面受压区混凝土的等效矩形应力图
等效矩形应力图受压区高度 x 与按平截面假定确定的 受压区高度 x0 之间的关系:
截面破坏。
P
P
混凝土压坏
P
P
混凝土压坏
正截面破坏
斜截面破坏
受弯构件的破坏形式
9
P
P
P
P
A
BC
D
+
CD
AB
_
M
V
BC段称为纯弯段；AB、CD段称为剪弯段。
xy
x
x
x
x
xy
3
1 10
§4.2 受弯构件正截面的受力特性 4.2.1 配筋率对正截面破坏特征的影响
AS b
as hh0
fy
…4－3
s,max 0.01 …4－4
24
4.3.2 单筋矩形截面正截面承载力计算
单筋截面：仅在受拉区配置受力钢筋的截面。 双筋截面：同时在受拉区和受压区配置受力钢筋的截面。
架立钢筋
a
单筋
b
单筋
c
单筋
d
双筋
25
1. 计算简图
单筋矩形截面计算简图
26
为简化计算，采用等效矩形应力图代替混 凝土受压区应力图。
第4章 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力
Strength of Reinforced Concrete Flexural Members
第三章 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算
第三章钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算受弯构件（bendingmember）是指截面上通常有弯矩和剪力共同作用而轴力可以忽视不计的构件。
钢筋混凝土受弯构件的主要形式是板（Slab）和梁（beam）,它们是组成工程结构的基本构件，在桥梁工程中应用很广。
在荷载作用下，受弯构件的截面将承受弯矩M和V的作用。
因此设计受弯构件时，一般应满意下列两方面的要求：（1）由于弯矩M的作用，构件可能沿弯矩最大的截面发生破坏，当受弯构件沿弯矩最大的截面发生破坏时，破坏截面与构件轴线垂直，称为正截面破坏。
故需进行正截面承载力计算。
（2）由于弯矩M和剪力V的共同作用，构件可能沿剪力最大或弯矩和努力都较大的截面破坏，破坏截面与构件的轴线斜交，称为沿斜截面破坏，故需进行斜截面承载力计算。
为了保证梁正截面具有足够的承载力，在设计时除了适当的选用材料和截面尺寸外，必需在梁的受拉区配置足够数量的纵向钢筋，以承受因弯矩作用而产生的拉力；为了防止梁的斜截面破坏，必需在梁中设置肯定数量的箍筋和弯起钢筋，以承受由于剪力作用而产生的拉力。
第一节受弯构件的截面形式与构造一、钢筋混凝土板的构造板是在两个方向上（长、宽）尺度很大，而在另一方向上（厚度）尺寸相对较小的构件。
钢筋混凝土板可分为整体现浇板和预制板。
在施工场地现场搭支架、立模板、配置钢筋，然后就地浇筑混凝土的板称为整体现浇板。
通常这种板的截面宽度较大，在计算中常取单位宽度的矩形截面进行计算。
预制板是在预制厂和施工场地现场预先制好的板，板宽度一般掌握在Inl左右，由于施工条件好，预制板不仅能采纳矩形实心板，还能采纳矩形空心板，以减轻板的自重。
板的厚度h由截面上的最大弯矩和板的刚度要求打算，但是为了保证施工质量及耐久性的要求，《大路桥规》规定了各种板的最小厚度；行车道板厚度不小于IOOmm人行道板厚度，就地浇注的混凝土板不宜小于80mm,预制不宜小于60mm。
空心板桥的顶板和底板厚度，均不宜小于80mm。
混凝土受弯构件正截面承载力计算
h0—有效高度。 1.最大配筋率及界限相对受压区高度
r As f y As a1 fcbx x a1 fc
bh0 bh0 f y bh0 f y h0 f y
令
x
h0
则
r
a1 fc
fy
令b为 = r max时的相对受压区高度，即
rmax
b
a1
f
fc
y
= r max时的破坏形态为受压区边缘混凝土达到极限压
c fc e0 e ecu
n
2
1 60
(
fcu,k
50)
2.0
各系数查表4-3
e0 0.002 0.5( fcu,k 50)105 0.002
ecu 0.0033 0.5( fcu,k 50)105 0.0033
4.钢筋应力—应变关系的假定（本构关系）
Ese e e y fy e ey
4.3钢筋混凝土受弯构件正截面试验研究
一、受弯构件正截面破坏过程
受弯构件正截面破坏分为三个阶段 • 第一阶段：裂缝开裂前 • 第二阶段：从开裂到钢筋屈服 • 第三阶段：从钢筋屈服到梁破坏
（1）第I阶段
当荷载比较小时，混凝土基本处 于弹性阶段，截面上应力分布为三 角形，荷载-挠度曲线或弯矩-曲率 曲线基本接近直线。截面抗弯刚度 较大，挠度和截面曲率很小，钢筋 的应力也很小，且都于弯矩近似成 正比。
My
Mu
Failure”，破坏前
可吸收较大的应变
能。
0
f
2．超筋梁(Over reinforced)破坏
钢筋配置过多，将发生这种破坏。 破坏特征：破坏时钢筋没有达到屈服强度，破坏是由 于压区混凝土被压碎引起，没有明显预兆，为脆性破 坏。
r As f y As a1 fcbx x a1 fc
bh0 bh0 f y bh0 f y h0 f y
令
x
h0
则
r
a1 fc
fy
令b为 = r max时的相对受压区高度，即
rmax
b
a1
f
fc
y
= r max时的破坏形态为受压区边缘混凝土达到极限压
c fc e0 e ecu
n
2
1 60
(
fcu,k
50)
2.0
各系数查表4-3
e0 0.002 0.5( fcu,k 50)105 0.002
ecu 0.0033 0.5( fcu,k 50)105 0.0033
4.钢筋应力—应变关系的假定（本构关系）
Ese e e y fy e ey
4.3钢筋混凝土受弯构件正截面试验研究
一、受弯构件正截面破坏过程
受弯构件正截面破坏分为三个阶段 • 第一阶段：裂缝开裂前 • 第二阶段：从开裂到钢筋屈服 • 第三阶段：从钢筋屈服到梁破坏
（1）第I阶段
当荷载比较小时，混凝土基本处 于弹性阶段，截面上应力分布为三 角形，荷载-挠度曲线或弯矩-曲率 曲线基本接近直线。截面抗弯刚度 较大，挠度和截面曲率很小，钢筋 的应力也很小，且都于弯矩近似成 正比。
My
Mu
Failure”，破坏前
可吸收较大的应变
能。
0
f
2．超筋梁(Over reinforced)破坏
钢筋配置过多，将发生这种破坏。 破坏特征：破坏时钢筋没有达到屈服强度，破坏是由 于压区混凝土被压碎引起，没有明显预兆，为脆性破 坏。
钢筋混凝土梁受弯及受剪性能试验指导书
郑州大学现代远程教育《综合性实践环节》试验指导赵军楚留声编一、试验名称：钢筋混凝土梁正截面受弯性能试验（一）试验目的1.了解适筋梁、超筋梁和少筋梁的受力过程和破坏特征以及配筋率对破坏特征的影响。
2.验证钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算理论和计算公式。
3.掌握钢筋混凝土受弯构件的试验方法及荷载、应变、挠度、裂缝宽度等数据的测试技术和有关仪器的使用方法。
4.培养学生对钢筋混凝土构件试验分析的初步能力。
（二）试验构件和仪器布置1.试验梁分三种，即、、，其几何尺寸及配筋见图1。
试验梁制作时每根梁（或每盘混凝土）取150×150×150mm试块三个，以确定混凝土强度。
每种直径和钢筋取300mm长试件三根，以测定钢筋的屈服强度、极限强度和延伸率。
2.加荷装置和仪表布置试验梁放置于静力试验台座上，通过加荷架用千斤顶施加荷载。
加荷装置见图2所示。
每根梁布置百分表5块，以测定跨中挠度。
用电阻应变仪量测钢筋和混凝土在各级荷载作用下的应变。
（三）试验准备工作认真学习有关专业知识，了解钢筋混凝土梁的正截面破坏形态。
（四）试验前在材料试验机上对钢筋试件和混凝土试块进行试验，以确定钢筋的屈服强度和极限强度、延伸率以及混凝土的立方体抗压。
根据测定的求出混凝土棱柱体抗压强度、抗拉强度及弹性模量的试验值。
图1图 2（五）估算开裂荷载图3为试验梁加荷时的计算简图。
纯弯段CD的弯矩为图 3 开裂弯矩按下式计算M cr=0.292(1+2.5a1)f t bh2式中b、h分别为试验梁的宽度和高度。
为钢筋的截面积。
，为钢筋的弹性模量，取值2.1× Mpa,为砼弹性模量。
则开裂荷载为（六）估算破坏荷载1.计算ρmax=ξα1f c/f yρmin=0.45f t/f y本试验单排钢筋a=35mm。
2.计算破坏弯矩若≤表示试验梁为少筋梁则=若＜≤表示试验梁为适筋梁则x= f y A s/(α1f c b)M u=α1f c bx(h0-0.5x) 若＞表示试验梁为超筋梁则由α1f c bx=σs A s解出x按下式计算破坏弯矩：M u= σs A s(h0-0.5x)3.计算破坏荷载（七）试验步骤1．量测实际尺寸，熟悉仪表操作。
钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算
结性能，钢筋的混凝土保护层厚度c一般不小于 25mm；
并符合附录四附表4—1的规定。 截面有效高度 h0 h as
Ý¡ 30mm
1.5d cݡ cmin
d
混凝土保护层计算厚度as:
h0
钢筋一层布置时 as=c+d/2 ，
钢筋二层布置时 as=c+d+e/2， a
其中e为钢筋之间净距。
Ý¡ cmin 1.5d
4.1 概述
第三章 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算
3.2 受弯构件正载面的试验研究
b
一、适筋梁正截面受力过程
As
ec f
xn
h h0
a
h0：有效截面高度 es 平截面假定
应变片
第三章 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算
应变图
ec max
应力图 M
et max
Mcr
M
ey
My
M
xf D
Mu Z
现浇梁板：常用C15~C25级混凝土 预制梁板：常用C20~C30级混凝土
● 另一方面，RC受弯构件是带裂缝工作的，由于裂缝宽度 和挠度变形的限制，高强钢筋的强度也不能得到充分利用。
梁常用Ⅱ~Ⅲ级钢筋，板常用Ⅰ~Ⅱ级钢筋。
第三章 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算
◆截面尺寸确定 ● 截面应具有一定刚度，满足正常使用阶段的验算能
基本公式： fcbx f y As
KM
fcbx(h0
x) 2
f y As (h0
x) 2
x≥bh0时， 会产生超筋破坏。此时截面承载力用
bh0 代入计算 KM
第三章 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算
受弯构件的正截面承载力计算资料
槽形板
二、截面尺寸 高跨比h/l0=1/8～1/12
矩形截面梁高宽比h/b=2.0~3.5 T形截面梁高宽比h/b=2.5~4.0。（b为梁肋） b=120、150、180、200、220、250、300、…(mm)，
250以上的级差为50mm。 h=250、300、350、……、750、800、900、
4.3.1 正截面承载力计算的基本假定
(1) 截面的应变沿截面高度保持线性分布－简称平截面假定
ec
f e ec es
y xc h0 xx
f xc
h0
(2) 不考虑混凝土的抗拉强度
y
es
M xc
C
Tc T
(3) 混凝土的压应力－压应变之间的关系为：
σ
fc
上升段
c
f
c
[1
(1
e e0
M0
C 超筋梁ρ>ρmax
My B
Mu
适筋梁 ρmin<ρ<ρmax
A少筋梁ρ>ρmax
0
f0
超筋破坏形态
> b
特点：受压区混凝土先压碎，纵向受拉钢筋 不屈服。
钢筋破坏之前仍处于弹性工作阶段，裂缝开 展不宽，延伸不高，梁的挠度不大。破坏带 有突然性，没有明显的破坏预兆，属于脆性 破坏类型。
M0
a
≥30
纵向受拉钢筋的配筋百分率
截面上所有纵向受拉钢筋的合力点到受拉边缘的竖向距离
为a，则到受压边缘的距离为h0=h-a，称为截面有效高度。
d=10~32mm(常用) 单排 a= c+d/2=25＋20/2=35mm 双排 a= c+d+e/2=25+20+30/2=60mm
锈蚀钢筋混凝土梁受弯承载力的计算分析
２ ＜ ＜ ｌ Ｏ ｆ ￣ ｏ ， 一０ ． ０ １ ５ ＋０ ． ９ ７ ｒ ／ ， ￣ ， （ ２ ）
ｌ ｏ ％ ＜ 玑＜ ２ ０ ％， 一０ ． ０ ６ ２ ＋０ ． ９ ５ ｒ ＂ ／ ， ， 损 失 和 力 学 性 能 退 化对 构件
算公 式 ．
１ 质量 锈 蚀 率 （ ７ ７ ） 与 截 面 锈 蚀 率
由文献 Ｅ ２ ］ 可得锈 蚀后 实 际屈 服 强度 （ ｆ ） 与
初始 屈 服强 度 （ ｆ ） 的关 系
ｆ ￣ ｏ ｒ ＝ｆ ． ㈤
（ ｒ ／ ） 之 间 的关 系
混凝 土 中钢 筋 锈 蚀 后 ， 重量减轻 ， 截面减小 ， 锈 蚀 率较 小 时可 以认 为 吼 与 ７ ７ 相 当， 当锈 蚀率 较 大时
湖 北 工 业 大 学 学 报
凝 土 梁结 构性 能 的退 化 主要 表 现在 承载 力 和结构 延 性 的 降低． 目前针对 锈 蚀后 钢 筋 混 凝 土 梁 性 能 退 化 的研究 主要 集 中在 三个 方面 ： １ ） 锈 蚀 后钢 筋 的 有 效 截 面 面 积减 少 ， 钢筋 的力
算关系 ：
＜ ２ ， 一 ， （ １ ）
［ 文 章 编 号 ］１ ０ ０ ３ —４ ６ ８ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ２ ５ — ０ ３
锈蚀钢筋混凝土梁受 弯承载力 的计算分析
肖长永 ，杜 志 云 ，郭 超 ，夏 江波
（ 湖 北 工 业 大 学 土 木 工程 与 建 筑 学 院 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ６ ８ ）
［ 摘
要 ］通 过 对 锈 蚀 后 钢 筋 截 面 的损 伤 、 力 学 性 能 和粘 结性 能 的 退 化 、 以及 构 件 截 面 损 伤 的 分 析 总 结 ， 并 结 合 现 有
钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算
为保证钢筋混凝土结构的耐久性、防火性以及钢
筋与混凝土的粘结性能，钢筋的混凝土保护层厚
５度、一配般筋不率小于2A 5msm% ； ....4...2()
bh0
用下述公式表示
As bh0
%
公式中各符号含义：
As为受拉钢筋截面面积； b为梁宽；h0为梁的有效 高度，h0=h-as；as为所有受拉钢筋重心到梁底面 的距离，单排钢筋as= 35mm ，双排钢筋as= 55~60mm 。
M/ M u
Mu
1.0
0.8 My
0.6
II
0.4
III III a II a
M cr I a
I
0
f cr
fy
fu f
加载过程中弯矩－曲率关系
说明：
对于配筋合适的梁，在III
阶段，其承载力基本保持不 变而变形可以很大，在完全
M/ M u
Mu
1.0
破坏以前具有很好的变形能 力，破坏预兆明显，我们把
0.8 My
通常采用两点对称集中加荷，加载点位于梁跨度 的1/3处，如下图所示。这样，在两个对称集中荷载间 的区段(称“纯弯段”)上，不仅可以基本上排除剪力的 影响(忽略自重)，同时也有利于在这一较长的区段上(L ／3)布置仪表，以观察粱受荷后变形和裂缝出现与开 展的情况。在“纯弯段”内，沿梁高两侧布置多排测 点，用仪表量测梁的纵向变形。
梁破坏时的极限弯矩Mu小于在正常情况下的开
裂弯矩Mcr。梁配筋率越小， Mcr -Mu的差值越大； 越大(但仍在少筋梁范围内)， Mcr -Mu的差值越小。
当Mcr -Mu =0时，它就是少筋梁与适筋梁的界限。这
时的配筋率就是适筋梁最小配筋率的理论值min。
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“重 大 土 木 与 水 利 工 程 安 全 性 与 耐 ! 国家基础研究与应用基础研究 久性基础研究” 项目； 国家自然科学基金赞助项目。
果使人们对锈蚀钢筋混凝土梁的结构性能 有 了 清 楚 的 认识， 但这些研究大多只是给出定性的 分 析 结 果， 对锈 蚀构件承载 力 的 计 算 方 法 和 模 型 研 究 尚 少。 为 此， 在 锈蚀构件承载 力 试 验 结 果 基 础 上， 对锈蚀梁的结构性 能退化和破坏 特 征 进 行 分 析， 提出锈蚀梁的受弯承载 力计算方法和 模 型， 为混凝土结构耐久性评估提供科 学依据。 一、 锈蚀钢筋混凝土梁的结构性能 混凝土中钢筋发生锈蚀后， 钢筋的 有 效 断 面 减 小， 力学性能劣化， 混凝土保护层锈胀开裂也将引起混凝 土有效断面减 小， 并造成钢筋与混凝土之间粘结性能 退化， 影响钢筋与混凝土的共同工作。 # D 锈蚀钢筋的力学性能 钢筋锈蚀不 仅 造 成 钢 筋 截 面 损 失， 而且导致钢筋 力学性能 退 化。 文 ［ ］ 进行了大量锈蚀钢筋的力 # ! @ # & 学性能试验， 结 果 表 明， 钢 筋 的 屈 服 强 度、 极限抗拉强 度及延伸率随 钢 筋 锈 蚀 程 度 增 大 而 降 低， 当锈蚀率小 锈蚀 钢 筋 仍 有 明 显 的 屈 服 台 阶， 当锈蚀率 于# $E 时，
第! "卷 第# $期
建
筑
结
构
" $ $ "年# $月
锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯承载力计算方法研究 !
牛荻涛 卢 梅 王庆霖
（西安建筑科技大学 西安 % ） # $ $ & &
［提要］ 锈蚀构件的承载力计算 是 混 凝 土 结 构 耐 久 性 评 估 的 关 键 性 问 题。 分 析 了 混 凝 土 中 钢 筋 锈 蚀 造 成 的 结构性能退化和锈蚀梁的破坏特征， 立 足 于 现 行 规 范 的 承 载 力 计 算 公 式， 提出了锈蚀梁的受弯承载力计算模 型， 并重点探讨了粘结性能退化对承载力计算的影响， 给 出 了 协 同 工 作 系 数 的 计 算 公 式。最 后 通 过 & $个锈蚀 梁承载力试验结果对本文模型进行验证分析。 ［关键词］ 锈蚀钢筋混凝土梁 受弯承载力 协同工作系数 试验
& % ( ($ "% % & ( ) / ! !"% " （ ／
$ & ( )
（ ） ( （ ） )
"- ! / 式中 # 为锈胀裂缝宽度 （’’） 。 二、 锈蚀钢筋混凝土梁的破坏特征分析
［ ,］ ， 锈蚀梁的受力过程仍可分为三 试验研究表 明
Байду номын сангаас
个阶段。当梁承 受 的 弯 矩 较 小 时， 构件处于弹性工作 状态， 应力与应 变 成 正 比， 只 有 锈 蚀 裂 缝 存 在， 但挠度 较未锈梁稍 大。 随 着 荷 载 继 续 增 大， 受拉区出现垂直 裂缝， 即认为第一阶段结束。受拉区一 旦 开 裂， 开裂截 面的钢筋应力 则 像 正 常 梁 那 样 突 然 增 大， 荷载挠度曲 线出现转折点， 挠度增长加快， 但挠度 大 于 正 常 梁。 随 荷载增大， 裂缝 宽 度 加 大， 中 和 轴 上 移， 压区混凝土出 现塑性变形， 进而受拉钢筋屈服， 第二 阶 段 结 束。 受 拉 钢筋屈服后， 中 和 轴 上 移， 受 压 区 混 凝 土 压 碎， 梁即发 生破坏。 另一方面， 锈蚀梁的受力特征与钢筋锈蚀程度亦 ） 在锈蚀量较小时 （未出 现 锈 胀 裂 缝） ， 锈 有很大关系： ! 蚀梁的破坏与未锈梁完全相同； ） 锈胀 裂 缝 出 现 后， 由 $ 于钢筋与混凝 土 之 间 的 粘 结 力 退 化， 锈蚀梁的受力裂 对钢筋严重锈蚀 缝稀 少， 间 距 增 大， 分 布 更 不 均 匀； (） 粘结力几乎丧失的情况， 根据文 ［ ］ 的 模 拟 试 验 结 果， ! . 锈蚀梁具有梁拱受力特征， 且随粘结力 丧 失 区 段 增 大， 当 锈 蚀 量 较 大 时， 粘结性能退化较 拱作用越 明 显； )） 大， 钢筋和混凝土共同工作能力下降， 钢筋不能发挥其 当 强度与塑性性能， 梁的破坏将从延性向脆 性 转 化； *） 锚固区主筋与 箍 筋 严 重 锈 蚀 时， 锈蚀梁可能发生钢筋 锚固破坏。 三、 锈蚀钢筋混凝土梁的承载力计算方法 ! & 锈蚀梁承载力计算模型 锈蚀梁承载力计算模式的建立是一个 极 为 复 杂 的 问题。锈蚀钢筋 混 凝 土 梁 承 载 力 试 验 结 果 表 明， 钢筋 锈蚀主要从两 个 方 面 影 响 梁 的 承 载 力： 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
’ ( ) * + ) ( , . /. /0 1 ( 2 / ( ( * , 6 * . 2 2 . 7 8 19 1 9 0 1 2 7 7 , : 1; 1 ., : 14 2 . 0 ) 1 9. 6< + 2 ( 0 ) , 7 7 1 7 7 9 1 / , . 6 2 1 / 6 . 2 * 1 < 3* 4 5. 5, 5( * . / * 2 1 , 1 7 , 2 + * , + 2 1 7 = > : 1 7 , 2 + * , + 2 ( ) 2 . 1 2 , 1 , 1 2 . 2 ( , . /< + 1 , . 7 , 1 1 ) * . 2 2 . 7 . / / * . / * 2 1 , 1 7 ( / ( ) ? 1 < = > : 1 0 1 ( 2 / * ( @ 4 4 5< 5 3 ( * , ( ) * + ) ( , . /9 . < 1 ) 7 7 1 , + ( 7 1 <. / , : 1 * + 2 2 1 / , * . < 1 7 = A / < , : 1 / 6 ) + 1 / * 1 . 6 0 . / << 1 , 1 2 . 2 ( , . / , .0 1 ( 2 / * ( ( * @ 4 5* 40 3 4 , 7< 7 * + 7 7 1 <1 9 : ( , * ( ) = A , ) ( 7 , , : 1 6 . 2 9 + ) ( 6 . 2 * ( ) * + ) ( , . /. 6 , : 1 * . @ . 1 2 ( , / 6 ( * , . 2 7 8 1 / = A / < , : 19 . < 1 ) 8 1 / 5 4 5 4 3 3 3 78 1 2 6 1 <0 , 1 7 , / $* . 2 2 . 7 8 10 1 ( 9 7 = 5 3& ： ； ； ； ! " $ % & ’ (* . 2 2 . 7 8 1 2 1 / 6 . 2 * 1 <* . / * 2 1 , 10 1 ( 9 7 0 1 / < / ( ( * , * . @ . 1 2 ( , / 6 ( * , . 2 , 1 7 , 3* 4 5 4 3 #
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式中， 为 锈 蚀 梁 抗 弯 承 载 力； 为未锈钢筋的 $" *" & 0 ! ! 2 屈服拉力； 为 锈 蚀 钢 筋 的 屈 服 拉 力， 由式 （!） 计 算； ,2 3 为混凝土轴心抗压强度； 为受压区混凝土矩形应 # & 1 ! 力图所取应力 与 混 凝 土 抗 压 强 度 设 计 值 的 比 值； ’为 截面宽度； 为截面有效高 度； 称 为 协 同 工 作 系 数， ) % % " 主要考虑粘结性能退化导致梁受力模式改 变 对 承 载 力 的影响。 与受拉区相比， 梁的受压区混凝土 碳 化 速 度 慢， 受 压钢筋锈蚀程 度 较 小， 由此产生的混凝土截面损伤也 比较小， 且由于 梁 正 截 面 承 载 力 计 算 时 一 般 不 考 虑 受 拉区混凝土的作 用， 因 此， 式 （*） 中未考虑钢筋锈蚀引 起的混凝土截面损伤。若实际工程中发 现 受 压 区 混 凝 土碳化较为严 重， 则应考虑受压区混凝土损伤进行承 载力计算， 具体方法将另文讨论。 的确定 $ & 锈蚀梁协同工作系数 % " 协同工作系数是反映粘结性能退化对 受 弯 构 件 承 载力影响的一 个 重 要 参 数， 协同工作系数的确定应主 要体现锈蚀引起的粘结力降低对钢筋与混 凝 土 共 同 工 作能力的影响。 （ ） 协同工作系数的计算模式 ! 协同工作系数随钢筋锈蚀量或锈胀裂 缝 宽 度 的 变 化规律如何， 尚 无 一 致 的 结 果。 文 ［ ］ 通过试验研究 $ % 给出协同工作系数与受拉区混凝土脱落高度的关系为
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结强 度 的 关 系。 结 果 表 明： 锈蚀量较小时 （! !） "! ， 粘结强度 随 锈 蚀 量 增 大 而 增 大， 在 锈 胀 开 裂 前， !# ） ） 锈胀开裂后， 粘结力 随 裂 缝 宽 度 增 仍高于无锈钢筋； $ 大而降低， 当裂 缝 宽 度 约 为 % 粘结力相当于 & ! ’’ 时， ） 在刚出现锈胀裂 缝 时， 光圆钢筋 无锈钢筋的粘结力； ( 的粘结强度高 于 无 锈 钢 筋， 而变形钢筋的粘结强度则 低于无锈钢筋； ） 对 光 圆 钢 筋， 当裂缝宽度大于! ) & *! 粘结 力 约 为 未 裂 试 件 的 ( 对 $ & % ’’ 时， & *# !* & *# ， 变形钢筋， 当裂缝宽度为 $ 粘结力为未 & %!( & % ’’ 时， 锈钢筋的 (# !! %# 。 分别给出了考 对变形钢筋和光圆钢筋， 文 ［ ! +， ! ,］ 虑锈胀裂缝影响的极限粘结强度降低系数为 变形钢筋 光圆钢筋 & . ) .* / "- ! %
果使人们对锈蚀钢筋混凝土梁的结构性能 有 了 清 楚 的 认识， 但这些研究大多只是给出定性的 分 析 结 果， 对锈 蚀构件承载 力 的 计 算 方 法 和 模 型 研 究 尚 少。 为 此， 在 锈蚀构件承载 力 试 验 结 果 基 础 上， 对锈蚀梁的结构性 能退化和破坏 特 征 进 行 分 析， 提出锈蚀梁的受弯承载 力计算方法和 模 型， 为混凝土结构耐久性评估提供科 学依据。 一、 锈蚀钢筋混凝土梁的结构性能 混凝土中钢筋发生锈蚀后， 钢筋的 有 效 断 面 减 小， 力学性能劣化， 混凝土保护层锈胀开裂也将引起混凝 土有效断面减 小， 并造成钢筋与混凝土之间粘结性能 退化， 影响钢筋与混凝土的共同工作。 # D 锈蚀钢筋的力学性能 钢筋锈蚀不 仅 造 成 钢 筋 截 面 损 失， 而且导致钢筋 力学性能 退 化。 文 ［ ］ 进行了大量锈蚀钢筋的力 # ! @ # & 学性能试验， 结 果 表 明， 钢 筋 的 屈 服 强 度、 极限抗拉强 度及延伸率随 钢 筋 锈 蚀 程 度 增 大 而 降 低， 当锈蚀率小 锈蚀 钢 筋 仍 有 明 显 的 屈 服 台 阶， 当锈蚀率 于# $E 时，
第! "卷 第# $期
建
筑
结
构
" $ $ "年# $月
锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯承载力计算方法研究 !
牛荻涛 卢 梅 王庆霖
（西安建筑科技大学 西安 % ） # $ $ & &
［提要］ 锈蚀构件的承载力计算 是 混 凝 土 结 构 耐 久 性 评 估 的 关 键 性 问 题。 分 析 了 混 凝 土 中 钢 筋 锈 蚀 造 成 的 结构性能退化和锈蚀梁的破坏特征， 立 足 于 现 行 规 范 的 承 载 力 计 算 公 式， 提出了锈蚀梁的受弯承载力计算模 型， 并重点探讨了粘结性能退化对承载力计算的影响， 给 出 了 协 同 工 作 系 数 的 计 算 公 式。最 后 通 过 & $个锈蚀 梁承载力试验结果对本文模型进行验证分析。 ［关键词］ 锈蚀钢筋混凝土梁 受弯承载力 协同工作系数 试验
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"- ! / 式中 # 为锈胀裂缝宽度 （’’） 。 二、 锈蚀钢筋混凝土梁的破坏特征分析
［ ,］ ， 锈蚀梁的受力过程仍可分为三 试验研究表 明
Байду номын сангаас
个阶段。当梁承 受 的 弯 矩 较 小 时， 构件处于弹性工作 状态， 应力与应 变 成 正 比， 只 有 锈 蚀 裂 缝 存 在， 但挠度 较未锈梁稍 大。 随 着 荷 载 继 续 增 大， 受拉区出现垂直 裂缝， 即认为第一阶段结束。受拉区一 旦 开 裂， 开裂截 面的钢筋应力 则 像 正 常 梁 那 样 突 然 增 大， 荷载挠度曲 线出现转折点， 挠度增长加快， 但挠度 大 于 正 常 梁。 随 荷载增大， 裂缝 宽 度 加 大， 中 和 轴 上 移， 压区混凝土出 现塑性变形， 进而受拉钢筋屈服， 第二 阶 段 结 束。 受 拉 钢筋屈服后， 中 和 轴 上 移， 受 压 区 混 凝 土 压 碎， 梁即发 生破坏。 另一方面， 锈蚀梁的受力特征与钢筋锈蚀程度亦 ） 在锈蚀量较小时 （未出 现 锈 胀 裂 缝） ， 锈 有很大关系： ! 蚀梁的破坏与未锈梁完全相同； ） 锈胀 裂 缝 出 现 后， 由 $ 于钢筋与混凝 土 之 间 的 粘 结 力 退 化， 锈蚀梁的受力裂 对钢筋严重锈蚀 缝稀 少， 间 距 增 大， 分 布 更 不 均 匀； (） 粘结力几乎丧失的情况， 根据文 ［ ］ 的 模 拟 试 验 结 果， ! . 锈蚀梁具有梁拱受力特征， 且随粘结力 丧 失 区 段 增 大， 当 锈 蚀 量 较 大 时， 粘结性能退化较 拱作用越 明 显； )） 大， 钢筋和混凝土共同工作能力下降， 钢筋不能发挥其 当 强度与塑性性能， 梁的破坏将从延性向脆 性 转 化； *） 锚固区主筋与 箍 筋 严 重 锈 蚀 时， 锈蚀梁可能发生钢筋 锚固破坏。 三、 锈蚀钢筋混凝土梁的承载力计算方法 ! & 锈蚀梁承载力计算模型 锈蚀梁承载力计算模式的建立是一个 极 为 复 杂 的 问题。锈蚀钢筋 混 凝 土 梁 承 载 力 试 验 结 果 表 明， 钢筋 锈蚀主要从两 个 方 面 影 响 梁 的 承 载 力： 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
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结强 度 的 关 系。 结 果 表 明： 锈蚀量较小时 （! !） "! ， 粘结强度 随 锈 蚀 量 增 大 而 增 大， 在 锈 胀 开 裂 前， !# ） ） 锈胀开裂后， 粘结力 随 裂 缝 宽 度 增 仍高于无锈钢筋； $ 大而降低， 当裂 缝 宽 度 约 为 % 粘结力相当于 & ! ’’ 时， ） 在刚出现锈胀裂 缝 时， 光圆钢筋 无锈钢筋的粘结力； ( 的粘结强度高 于 无 锈 钢 筋， 而变形钢筋的粘结强度则 低于无锈钢筋； ） 对 光 圆 钢 筋， 当裂缝宽度大于! ) & *! 粘结 力 约 为 未 裂 试 件 的 ( 对 $ & % ’’ 时， & *# !* & *# ， 变形钢筋， 当裂缝宽度为 $ 粘结力为未 & %!( & % ’’ 时， 锈钢筋的 (# !! %# 。 分别给出了考 对变形钢筋和光圆钢筋， 文 ［ ! +， ! ,］ 虑锈胀裂缝影响的极限粘结强度降低系数为 变形钢筋 光圆钢筋 & . ) .* / "- ! %