發布時間：2021-06-18所屬分類：建筑師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要采用電化學加速試驗方法獲得216根銹蝕鋼筋試件，對銹蝕鋼筋試件進行壓屈試驗，分析鋼筋長細比(長度與直徑之比)和銹蝕率對銹蝕鋼筋壓屈應力-應變關系曲線、名義壓屈強度等的影響.結果表明：隨著質量銹蝕率的增大，銹蝕鋼筋名義壓屈強度逐漸降低;當長細比1
摘要采用電化學加速試驗方法獲得216根銹蝕鋼筋試件，對銹蝕鋼筋試件進行壓屈試驗，分析鋼筋長細比(長度與直徑之比)和銹蝕率對銹蝕鋼筋壓屈應力-應變關系曲線、名義壓屈強度等的影響.結果表明：隨著質量銹蝕率的增大，銹蝕鋼筋名義壓屈強度逐漸降低;當長細比≤15時，長細比對銹蝕鋼筋名義壓屈強度影響不明顯;當長細比>15時，長細比對銹蝕鋼筋名義壓屈強度影響顯著.銹蝕鋼筋名義壓屈應力-應變曲線表現出三種形態特征，根據三種曲線特征建立了銹蝕鋼筋名義壓屈應力-應變本構關系的統一模型，提出了考慮長細比與質量銹蝕率影響的銹蝕鋼筋名義壓屈強度計算公式，計算值與試驗結果符合較好.
關鍵詞銹蝕鋼筋;壓屈試驗;力學性能;本構關系;名義壓屈強度
鋼筋銹蝕是導致混凝土結構受力性能降低的重要影響因素.一般情況下，混凝土呈堿性，鋼筋表面生成鈍化膜.但是，當遭受氯離子侵蝕時，鋼筋表面的鈍化膜被破壞，繼而鋼筋發生銹蝕.銹蝕會導致鋼筋截面面積減小[1]，混凝土與鋼筋的黏結性能退化[2]，混凝土出現順筋裂縫，保護層脫落等，使混凝土結構受力性能降低，甚至導致混凝土結構破壞[3-4].對此，大量研究者對銹蝕鋼筋力學性能[5-7]、銹脹機理[8-9]、銹蝕鋼筋混凝土結構力學性能[10-11]等進行了相關研究.
鋼筋混凝土柱作為混凝土結構中的主要豎向承重及抗側構件，其力學性能對結構抗震性能具有重要影響.在地震作用下，對于高軸壓比的鋼筋混凝土柱，如果配箍率不足或者箍筋間距(或縱向鋼筋約束間距)過大，隨著核心混凝土膨脹及塑性鉸區保護層脫離，那么受壓縱向鋼筋容易發生屈曲失穩[12-13].縱筋壓屈降低了其承受豎向荷載的能力，使壓力額外向核心混凝土轉移，加上縱筋自身橫向變形過大，將可能迫使箍筋應變增大，甚至導致箍筋拉斷.在鋼筋混凝土柱中縱向鋼筋銹蝕后，其長細比會變大[14]，間接使縱向鋼筋約束間距增大，可能導致鋼筋混凝土柱中縱筋過早屈曲失穩，嚴重影響鋼筋混凝土柱的力學性能.
因此，為了科學合理地評估銹蝕鋼筋混凝土柱的安全性，研究銹蝕鋼筋的壓屈行為及壓屈應力應變本構關系模型非常重要.本研究通過對216根銹蝕鋼筋進行壓屈試驗，分析長細比與銹蝕率對銹蝕鋼筋壓屈行為的影響，建立了銹蝕鋼筋壓屈應力-應變本構關系模型.
1試驗概述
試驗設計了216個HRB400鋼筋(變形鋼筋)試件，每6個試件為一組.直徑考慮12，16和20mm，長細比(L/D)考慮5，10，15，17，21和28，理論銹蝕率考慮5%，10%，20%和40%.
每組6個試件同時固定在設計的圓形木板上，在鋼筋周圍覆蓋銅網作為陰極.將其浸入質量分數為5%濃度的NaCl溶液中進行通電加速銹蝕，電流密度為1500μA/cm2，通電時間按照法拉第定律進行計算.
達到設計銹蝕時間時，取出銹蝕鋼筋，按長細比要求截取試件，對試件進行酸洗及稱重;采用游標卡尺測量每個試件的銹坑深度、寬度和長度.采用300kN壓屈穩定試驗系統對試件進行壓屈試驗，通過弓形引伸計測量試件的變形，荷載和變形值均通過DH3816采集系統自動采集.
2鋼筋銹蝕特征分析
試件的質量銹蝕率在0.00%~47.50%之間，同時可以看出銹蝕后鋼筋表面出現明顯的網眼狀銹坑，沿鋼筋長度方向銹坑的深度不同.采用鋼筋直徑來表征截面銹蝕率沿長度方向的變化，典型試件的直徑(D)沿鋼筋長度(L)變化如圖1所示.
從圖1可以看出：沿鋼筋長度方向銹蝕程度不同，銹坑呈隨機性分布.三種鋼筋的最大截面銹蝕率高于質量銹蝕率，對于直徑為12mm的試件，質量銹蝕率為23.12%，截面銹蝕率在16.67%~32.92%之間;對于直徑為16mm的試件，質量銹蝕率為9.72%，截面銹蝕率在4.38%~15.94%之間;對于直徑為20mm的試件，質量銹蝕率為9.17%，截面銹蝕率在5.00%~17.25%之間;鋼筋的銹蝕表現出明顯的不均勻性和隨機性.
銹蝕鋼筋的最大截面銹蝕率及其對應的位置直接影響其壓屈性能，銹坑位置在中部影響最為顯著，因此量測試件中部0.6L標距范圍內的最大截面銹蝕率，量測結果與質量銹蝕率的關系如圖2所示.由圖2可以看出：隨著質量銹蝕率的增大，標距內最大截面銹蝕率增大，兩者之間表現出很好的相關性，可以通過測量質量銹蝕率來求標距內的最大截面銹蝕率ηs，max，兩者的關系表達式為
3銹蝕鋼筋壓屈性能分析
3.1破壞形態
對216個試件進行壓屈試驗，其中有效試件為207個，銹蝕鋼筋壓屈的典型破壞形態如圖3所示.根據破壞的位置可分為兩種破壞：第一種破壞發生在試件的中部，如圖3(a)所示，試件中部首先形成塑性鉸，隨后鋼筋受壓破壞，未銹蝕、銹蝕較均勻、長細比較小的試件表現出這種破壞形態;第二種破壞發生在偏離試件中部的一段距離范圍內，如圖3(b)所示，其主要由于不均勻銹蝕或銹坑導致鋼筋出現缺陷，這種缺陷將誘導鋼筋的屈曲方向，并且會導致荷載偏心，坑蝕嚴重時會導致塑性鉸向危險截面處偏移，顯著降低鋼筋壓屈強度.
3.2名義壓屈應力-應變曲線
長細比相同情況下，不同質量銹蝕率對鋼筋等效名義壓屈應力-應變曲線的影響規律如圖4所示，橫縱坐標均作歸一化處理，σ/fy與ε/εy分別為等效名義壓屈應力與等效名義應變，fy與εy分別為未銹蝕鋼筋的抗拉屈服應力及其對應的應變.從圖4中可以看出：隨著長細比的增大，鋼筋的等效名義壓屈應力-應變曲線形態發生顯著變化，大致可以分為以下三類.
第Ⅰ類曲線.長細比為5的鋼筋為這種曲線，如圖4(a)所示，曲線可分為兩段：第一段從加載至鋼筋壓屈，名義壓屈應力隨名義應變線性增長;第二段從鋼筋壓屈至破壞，隨著名義應變的增加，名義壓屈應力不再增加，未表現出應力強化行為.隨著質量銹蝕率的增加，第一階段的斜率略有減小，模量降低，名義壓屈強度降低.
第Ⅱ類曲線.長細比為10和15的鋼筋為這種曲線，如圖4(b)和(c)所示.在鋼筋壓屈前，名義壓屈應力隨名義應變線性增長，與第Ⅰ類曲線相似;在鋼筋壓屈后，隨名義應變的增加，名義壓屈應力逐漸降低.隨著質量銹蝕率的增加，第一階段的斜率略有減小，模量降低，名義壓屈強度降低.
第Ⅲ類曲線.長細比為17，21和28的鋼筋為這類曲線，如圖4(d)～(f)所示.在鋼筋壓屈前，與第Ⅰ類和第Ⅱ類曲線相似;在鋼筋壓屈后，隨名義應變的增加，名義壓屈應力顯著降低.隨著質量銹蝕率的增加，第一階段的斜率降低程度較小，名義壓屈強度降低程度減小，說明當長細比超過某一值時，長細比是影響名義壓屈強度的主要因素.
由于銹蝕理論值與試驗值的差異，試驗未獲得不同長細比、相同質量銹蝕率的試件，因此圖5僅給出長細比對未銹蝕鋼筋等效名義壓屈應力-應變曲線的影響規律.從圖5可以看出：隨著長細比的增大，壓屈后其曲線逐漸變陡峭，延性變差;當長細比較小時，長細比對鋼筋名義壓屈強度的影響不明顯，長細比增大到一定程度后，隨著長細比的增加，鋼筋名義壓屈強度呈降低趨勢.
3.4名義壓屈強度
由于試驗未獲得相同質量銹蝕率、不同長細比的試件，因此圖8僅給出不同長細比對未銹蝕鋼筋名義壓屈強度的影響規律.從圖8中可以看出：當長細比≤15時，長細比對名義壓屈強度影響不大;當長細比>15時，長細比對名義壓屈強度影響顯著.
相同長細比、不同質量銹蝕率對鋼筋名義壓屈強度的影響如圖9所示，從圖9可以看出：在長細比相同情況下，隨著質量銹蝕率的增大，名義壓屈強度均呈降低趨勢.
4結語
a.銹蝕鋼筋等效名義應力-應變曲線可分為三類，根據三類曲線特征，建立了銹蝕鋼筋等效名義壓屈應力-應變本構關系統一模型，模型反映了長細比與質量銹蝕率的影響.
b.當長細比相同時，隨著質量銹蝕率的增大，名義壓屈強度逐漸降低;當質量銹蝕率相同，長細比≤15時，長細比對名義壓屈強度影響不大;當長細比>15時，長細比對名義壓屈強度影響顯著.
c.提出了考慮長細比與質量銹蝕率影響的銹蝕鋼筋名義壓屈強度計算公式，計算值與本研究和文獻試驗結果符合均較好.——論文作者：李杉李旺鵬唐文水盧亦焱
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