锈蚀钢筋混凝土梁的力学性能研究

Ｍａｒ．２０１３
文章编号：１００４ — ４３５３（２０１３）０１ — ００７０ — ０４
锈蚀钢筋混凝土梁的力学性能研究
周静雅，宋操，张鸿梅
（延边大学工学院土木工程系，吉林延吉１３３００２）
１．３荷载取值和加载方式
（ＳｔｒｕｃｔｕｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＹａｎｂｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｊｉ１３３００２，Ｃｈｉｎａ）
Байду номын сангаас
研究表明［１－４］：锈蚀钢筋有效截面面积变小，承载能力下降；铁锈质地疏松，体积膨胀约为原来
方面。，而对钢筋锈蚀后其伸长率的变化对构件安全性能的影响研究得较少．本文利用电化学加速锈蚀原理，制作了２４根单根钢筋和８根钢筋混凝土梁，通过试验数据，对不同锈蚀程度的钢筋混凝土梁的力学性能进行探究．
Ⅲ 一～～一删一～一～～ ¨ 一一～吣－～一㈣喜～一Ｌ一咖薹
摘要：对２４根直径不同的钢筋和８根钢筋混凝土梁进行电化学加速腐蚀模拟后，研究了２４根受损钢筋的伸
第３９卷第１期
２０１３年３月
延边大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｂｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）
Ｖｏｌ＿３９ＮＯ．１
中图分类号：ＴＵ３７５．１文献标识码：Ａ
Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｃｏｒｒｏｄｅｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｒｅｓｅａｒｃｈ
ＺＨＯＵＪｉｎｇｙａ。ＳＯＮＧＣａｏ。ＺＨＡＮＧＨｏｎｇｍｅｉ
∽
其跨度为１７２０ｍｍ，混凝土强度为Ｃ３０，水泥、
同位置设置应变片测量应变，如图２所示，主要测
砂、卵石、水的配合比为１：１．４：３．１：０．４５，坍落度为９０ｍｍ，纵筋采用ＨＲＢ３３５螺纹钢筋，受
０
度为２５ｍｍ，梁尺寸及配筋如表１所示．
表１试件编号及参数
０
０
０
Ｏ
加载点处的最大拉应变．
０ＯＯ
混壤土架侧阿
７ ‘ ７
舯
一／面
缉
图２应变片布置（截面宽度／ａｍ）ｒ
力筋与架力筋均为１４，箍筋为６．５，保护层厚
量的内容有： ① 每侧上截面２个应变片测量梁的受压应变； ②每侧下截面２个应变片测量梁的受
拉应变； ③ 梁底布置３排应变片，测量梁底跨中和
的２～４倍，使得钢筋与混凝土的粘结力下降，削弱了其协同工作的能力，甚至会引起？昆凝土保护层的胀裂、剥落，进一步加快钢筋的锈蚀．但由于钢筋埋于混凝土内部，一些情况下虽然混凝土外观仍十分完好，但其内部钢筋却已严重锈蚀，从而导致结构突然破坏，带来工程隐患．目前，国内外学者对受损钢筋及受损构件的力学性能已经做了大量的研究，但主要集中在锈蚀率对钢筋力学性能及钢筋混凝土梁中构件的耗能能力的下降规律
长率、屈服强度和极限强度的变化规律，以及８根不同腐蚀程度钢筋｝昆凝土梁的应力一应变、荷载一挠度曲线和
强度的变化规律．结果表明：伸长率的降低是导致锈蚀梁失去安全性能的主要因素；梁的极限承载能力和延性首先呈上升趋势，然后成反比例下降，最后出现陡降，形成不统一的单体，最终发生脆性破坏．关键词：截面锈蚀率；钢筋混凝土梁；伸长率；强度；延性
收稿日期：２０１２ —１２ — ３０
１试验概况
１．１试验设计与制作
１）试件的设计．截取２４根长度为４００ｍｍ、直径为１４ｍｍ的钢筋做锈后拉伸试验；制作８根
截面尺寸为１５０ｍｍ×２５０ｍｍ的钢筋混凝土梁，
基金项目：吉林省科研项目（２Ｏ１２８ＯＯ一６１１０１００３）
＊通信作者：张鸿梅（１９５９一），女，教授，研究方向为结构耐久性评定检测与加固．
第１期
周静雅，等：锈蚀钢筋混凝土梁的力学性能研究

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锈蚀钢筋混凝土梁的裂缝研究

１１１自由膨胀阶段．．当钢筋表面的钝化膜遭到破坏后，阳极金属铁
层沿着锈蚀钢筋形成裂缝。这些裂缝称为侵蚀性介质到达钢筋表面的通道，因而加速钢筋的锈蚀。若
不采取措施，则钢筋的锈蚀会进一步发展直至保护
层剥落。裂缝扩展阶段取决于应力强度因子和临界应力
计规范》ＪＧＤ２—２０）别对普通钢筋混凝土（Ｔ６０４分
裂纹。裂纹产生阶段取决于钢筋锈蚀量和临界钢筋锈蚀量。显然，临界锈蚀量主要与混凝土质量和保护层厚度有关。高强度混凝土且保护层厚度大的临界锈蚀量相对较大，而低强度混凝土且保护层厚度
较小的临界锈蚀量相对较小。１１４裂缝扩展阶段．．
的裂缝控制进行了较大的修改和完善。
ｌ钢筋混凝土梁锈胀裂缝分析
１１钢筋混凝土锈胀开裂过程．
当应力强度因子大于临界应力强度因子时，混
凝土初始裂纹尖端扩展，裂缝逐渐发展，混凝土保护
被氧化形成铁离子，Ｏ一与Ｈ反应生成氢氧化铁。由于钢筋与混凝土接触的界面上存在微细空隙，筋钢
ｌ８１
甘肃
科
技
第２卷６
强度因子。临界应力强度因子主要与混凝土保护层的抗拉强度和厚度有关，护层抗拉强度和厚度越保
第２６卷第１２期２１００年６月
甘肃科技
ＧａｓｃｅｃｎｅｈｏｎｕＳｉｎｅａｄＴｅｎｌ

FRP筋混凝土简支深梁力学性能试验研究

新加载时，荷载和挠度呈现双线性变化关系，随着配筋率的增加，挠度增加趋势减缓，尽管破坏时试件挠度增长迅速，但相对挠度仍然很小。，根据强度配筋、平衡配筋、
最小配筋等不同的配筋方案制作了３根ＧＲＦＰ加筋
在产生斜裂缝后，随着荷载的增加，主要的１条斜
裂缝继续斜向延伸。临近破坏时，在主要斜裂缝的
外侧突然出现１条和它大致平行的通长劈裂裂缝，直至构件破坏，此破坏为劈裂破坏。
跨中挠度／ｍｍａ开裂前挠度变化的情况）
低，在垂直裂缝出现之后，斜裂缝出现很少，拉拱
３结语
１由于ＦＰ筋深梁的截面刚度较大，直到破）Ｒ坏跨中挠度都较小，开裂前荷载挠度曲线接近直线，开裂时特别是斜裂缝出现时曲线有明显的折点；配筋率影响ＦＰ筋深梁的破坏形态，增加截面配筋量Ｒ对提高深梁的抗弯能力和控制挠度有一定的作用。２根据试验表明，对于深受弯构件，纵向受）
力学特性进行深入研究，为进一步在工程中开展应用提供了试验参考。
关键词：ＦＰ筋；深梁；极限承载力；破坏形式Ｒ中图分类号：Ｔ７．Ｕ３７４文献标志码：Ｂ文章编号：１０ — ９２２１）４０１－３０２４７（０００ — ０５０
图２跨中应变分布
第４期
吴锋，时蓓玲：ＦＰ筋混凝土简支深梁力学性能试验研究Ｒ

锈蚀钢筋混凝土梁受弯承载力的计算分析

２＜＜ｌＯｆ￣ｏ，一０．０１５＋０．９７ｒ／，￣，（２）
ｌｏ％＜玑＜２０％，一０．０６２＋０．９５ｒ＂／，，损失和力学性能退化对构件
算公式．
１质量锈蚀率（７７）与截面锈蚀率
由文献Ｅ２］可得锈蚀后实际屈服强度（ｆ）与
初始屈服强度（ｆ）的关系
ｆ￣ｏｒ＝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７７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］１００３ —４６８４（２０１３）０１ — ００２５ — ０３
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４３００６８）
［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

钢筋锈蚀对混凝土梁抗扭承载力的影响

：Ａ文章编号：１００８— １９３３（２０１３）０１ — ０７８— ０４
Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｔｅｅｌｃｏｒｒｏｓｉｏｎｏｎｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅａｍｔｏｒｓｉｏｎａｌｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ
ＷＡＮＧＦｅｎｇｃｈｉ，ＣＨＥＮＦｅｎｇ，ＷＡＮＧＧｕｏｙｅ，ＲＥＮＳｈａｏｎａｎ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＪｉａｎｚｈｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１６８，Ｃｉｈｎａ）
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
ｆｏｒｃｅ－ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｏｆｃｏｒｏｄｅｄｂｅａｍ，ａｎｄｔｈｅｄａｍａｇｅｙｐｔｅｉｓｂｉｒｔｔｌｅｆａｉｌｕｒｅ．Ｔｈｅｂｅａｍｔｏｒｓｉｏｎｌａｅａｂｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｉｎｃｅａｒｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅ

受腐蚀钢筋混凝土梁抗裂性能试验研究

化，同样也会造成梁的抗裂性能退化。这是由于钢筋锈蚀一方面造成钢筋截面有效面积减少，钢筋力学性
能降低；另一方面是对钢筋与混凝土之间的粘结性能产生影响。胡常福针对钢筋混凝土梁提出对称荷载破坏、偏载破坏两种基本破坏型式。张建仁等心基于电化学快速锈蚀混凝土梁的静载试验，分析了相同类型５片锈蚀钢筋混凝土梁在各级荷载下的裂缝特征。也有学者进行了锈蚀梁抗裂性能的试验研究，认为随着锈蚀率的增大，抗裂性能呈退化趋势】。本文
现裂缝。使用裂缝测宽仪检测裂缝出现及测量裂缝
抗裂试验完成后，将锈蚀梁破形，取出混凝土中的钢筋，使用浓度为１０％的稀盐酸浸泡除锈，钢筋除
Ｏ● ＯＯ ● ＯＯＯｏｏ ● Ｏｏ● ０ｏ￣００● ＯＯ６ＯＯ● ＯＯ￣００ ● ｏ０● ＯＯ● ＯＯ● Ｏｏ ● ＯＯ０ＯＯ● ＯＯ● ＯＯ０ＯＯ● ＯＯ ●Ｏｏ● ｏ０ ● ＯＯ● ＯＯ ●Ｏｏ● Ｏ０ ● Ｏｏ● ＯＯ００００ＯＯ＊ｏｏ● ＯＯ ●Ｏｏ● ｏｏ● ｏｏ００００００ＯＯＯ ● ＯＯ● ｏｏ● ０Ｏ● ｏ００００００００ＯＯ００
梁与Ｂ一９开裂荷载的比值定义为开裂退化系数，各荷载水平下开裂退化系数与锈蚀率的关系如图４所示。开裂荷载试验值受混凝土受拉区影响较大，混凝
土受施工质量的影响不可预测。此外，开裂试验时加
载量相对较小，千斤顶加载精度有限，因此出现开裂

锈蚀钢筋与混凝土粘结性能退化规律的试验研究

四川建筑科学研究Sichuan Building Science 第38卷第6期2012年12月收稿日期：2011-07-28作者简介：蒋连接（1983－），男，江苏徐州人，硕士，讲师，主要从事混凝土结构耐久性方面的研究。

基金项目：宿迁学院科研基金项目（2011KY23）E －mail ：jianglianjie1983@126．com锈蚀钢筋与混凝土粘结性能退化规律的试验研究蒋连接1，马欢2，朱方之1（1．宿迁学院建筑工程系，江苏宿迁223800；2．大地工程开发集团南京分公司，江苏南京210000）摘要：采用人工气候环境加速混凝土内钢筋锈蚀，通过对粘结试件进行拉拔试验，得到了试件的平均粘结应力-平均滑移关系曲线，分析了钢筋锈蚀程度、箍筋等对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响。

结果发现：随着钢筋锈蚀程度的增加，粘结性能先略有提高而后减小；箍筋对试件的粘结性能的影响很大。

关键词：锈蚀钢筋；粘结性能；人工环境；退化；劈裂破坏中图分类号：TU375文献标识码：A文章编号：1008－1933（2012）06－070－03Experimental study on deterioration of bond behavior between corrodedsteel bars and concreteJIANG Lianjie 1，MA Huan 2，ZHU Fangzhi 1（1．Department of Architectural Engineering ，Suqian College ，Suqian 223800，China ；2．Dadi Engineering Development Group ，Nanjing 210000，China ）Abstract ：Based on the pull out tests of bond behavior between concrete and steel bars corroded through the artificial climate accelerated corrosion technique ，the average bond stress-slip curves are obtained ，the effect of the degree of corrosion and stirrup on the bond behavior are analysed．The results show that as corrosion degree increases ，the bond strength enhances initially and then deteriorates gradually ；stirrup has a great impact on the bond behavior．Key words ：corroded steel bars ；bond behavior ；artificial climate ；deterioration ；splitting failure0引言钢筋与混凝土间良好的粘结性能是实现钢筋与混凝土界面处应力传递、保证钢筋与混凝土共同工作并协调变形的前提。

不同应力状态下钢筋混凝土梁加速腐蚀试验研究

ｉｎｌｆｕｅｎｃｅｏｆｅｘｔｅｒｎｌａｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｓｕｃｈａｓｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒａｔｅ，ｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｔｉｍｅａｎｄｔｈｅｌｅｖｅｌｏｆｓｕｓｔａｉｎｅｄｌｏａｄ，ｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｖｅｂｅａｍｓｕｎｄｅｒｓｔｒｅｓｓｓｔａｔｅｓｔｈａｔｃｏｒｏｄｅｄｂｙｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ
２０１３年１月
水运工程
Ｐｏｒｔ＆ＷａｔｅｒｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｉｎｇｒ
Ｊａｎ．２０１３
Ｎｏ．１ＳｅｉａｒｌＮｏ．４７４
第１期
总第４７４期
现
夏不同应加力吴速状锋腐态蚀下试钢验筋研混究凝冰土梁
，
张章，邱
松
（１．上海交通大学土木工程系，上海２００２４０；２．中交上海三航科学研究院有限公司，上海２０００３２）
摘要：开展了不同应力状态下钢筋混凝土梁电解液加速腐蚀试验，研究了加速腐蚀试验中通电时间、钢筋腐蚀率和荷载水平等外界条件对试验构件力学性能的影响，分析了钢筋锈蚀过程中梁截面应变变化和锈蚀裂缝产生情况，为进一步开展应力状态下钢筋混凝土梁的研究提供了试验参考。

混凝土构件锈蚀胀裂时的钢筋锈蚀率

2、锈蚀膨胀
钢筋发生锈蚀后，铁离子逐渐转化为铁氧化物，导致钢筋体积膨胀。根据文献资料，钢筋锈蚀速率与氯离子浓度、环境湿度等因素有关。一般情况下，锈蚀速率随着环境湿度的增加而加快，而氯离子浓度对锈蚀速率的影响具有双重性。在低浓度范围内，氯离子促进钢筋锈蚀；而在高浓度范围内，氯离子则抑制锈蚀。
1、平截面假定：
Δt = α × 2.33 × √[c(0.65 × Δt0 + 1.75 × Δt1)]
其中，Δt为锈蚀深度，α为锈蚀因子，c为氯离子浓度，Δt0和Δt1分别为混凝土保护层厚度和有效裂缝间距。
2、有限元模拟：
Ecorr = E0 × exp{-γ × (1 - pcl/p0)}
3、保护层胀裂
随着钢筋锈蚀的加剧，钢筋体积膨胀逐渐增大。当膨胀压力超过混凝土保护层的约束力时，保护层胀裂。根据实际工程案例，保护层胀裂通常发生在梁、板等水平构件的下部，并沿竖向钢筋发展。
影响因素
钢筋锈蚀导致混凝土构件保护层胀裂的影响因素主要包括环境因素、混凝土保护层厚度、混凝土强度等级、钢筋直径及间距等。环境因素主要包括环境湿度、氯离子浓度、氧气供应等；混凝土保护层厚度和混凝土强度等级直接影响着钢筋锈蚀的速率和保护层的约束力；钢筋直径及间距则与锈蚀膨胀压力的分布有关。
接下来，对钢筋锈蚀的原理和过程进行了理论分析，包括混凝土的组成、保护层厚度、氯离子含量等因素对钢筋锈蚀率的影响。随后，介绍了计算钢筋锈蚀率的方法和相关公式，其中包括最常用的平截面假定和有限元模拟等。最后，通过实际案例分析，对混凝土构件锈蚀胀裂时的钢筋锈蚀率进行计算，并对其结果进行讨论。
一、背景介绍
四、方法与公式
计算钢筋锈蚀率的方法有很多种，其中最常用的包括平截面假定和有限元模拟等。平截面假定是一种简化计算方法，它基于平截面假说，认为锈蚀深度在垂直方向上是一致的。有限元模拟方法则更加精确，它通过建立混凝土和钢筋的有限元模型，模拟氯离子扩散和钢筋锈蚀的过程。以下是这两种方法的计算公式：

碳纤维加固锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳抗弯性能

混凝土强度等级为Ｃ３０，截面尺寸为１２０Ｉｌｌｍ× ２００Ｉｌｌｍ，长度１７００ｒｎ１１１，试验梁的编号及用途见表１。底部主筋为２根ＨＲＢ３３５级＋１４钢筋，架力筋为２根ＨＲＢ３３５级１２钢筋，箍筋为ＨＰＢ２３５级６钢筋，主筋保护层厚度２５ｍｎｌ，除主筋外，其他钢筋均涂上钢筋阻锈剂。
收稿日期：２０１３— ０９—１１
第１期
表１试验粱的编号及用途
试验梁编号
用途
Ｌ
ＬＬ，
ＬБайду номын сангаас Ｌ１６Ｌ７Ｌ８
不电化腐蚀，静力加载
不电化腐蚀，疲劳加载后再静力加载电化腐蚀后，静力加载电化腐蚀后，疲劳加载后再静力加载
第３５卷第ｌ期
２Ｏ１４年２月
河南科技大学学报：自然科学版
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ
复合材料加固法等。其中，碳纤维增强塑料（ＣＦＲＰ）以其具有抗拉强度高、耐久性好、质量轻的特点在结构加固领域得到了广泛应用。目前，碳纤维加固混凝土结构的研究主要集中在静载性能领域

基于钢筋锈蚀的混凝土结构性能退化研究综述(Ⅰ)

路和研究方向。关键词：锈蚀；钢筋混凝土；结构性能；退化
中图分类号：Ｕ７Ｔ３５文献标识码：Ａ文章编号：０１３（０７０００ｏ１８— ９３２０）６— ０９一５０
ＲｅｉｗｆｔｅｒｓａｃｎｓｒｃｕｒｅａｉｒＳｄｔｒＯａｉｎｂａｅｎｖｅｏｈｅｅｒｈｏｔｕｔｅｂｈｖｏ ’ ｅｅｉｒｔ０ｓｄｏ
２１０；２０８２２０）３０１（．１中国矿业大学建工学院，江苏徐州２安徽理工大学土木工程系，．安徽淮南
摘
要：简要阐述了锈蚀钢筋混凝土结构性能退化研究的重要意义，介绍了加速锈蚀方法，并分别从锈蚀钢筋力学性能、混凝
土锈胀开裂、锈蚀钢筋与混凝土粘结性能及基本构件性能退化的研究现状和存在问题等方面进行述评，最后提出新的研究思
我国大量的基本建设是从２Ｏ世纪５Ｏ年代开始的，当时主要是为解决众多人口的居住需要和促进
维普资讯
第３３卷
第６期
四川建筑科学研究
ＳｃｕａｕｌｉｇＳｉｎｅｉｈｎＢｉｎｃｅｃｄ９
２００７年１２月
基于钢筋锈蚀的混凝土结构性能退化研究综述（Ｉ）
吴庆，袁迎曙，张风杰
ｃｒｏｅｅｆｒｅｏｃｅｅｏｒｄｄｒｉｏｃｄｃｎｒｔ（Ｉ）ｎ
ＷＵＱｎ，ＡｉｇｈＺＡＧＦｎｊｉｇＹＵＮＹｎｓｕ，ＨＮｅｇｉｅ

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