不均匀锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力试验研究

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发布时间：2021-09-06

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不均匀锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力试验研究
曲福来，于永齐，赵顺波，侯朋兵
(华北水利水电大学，河南郑州450045)
摘要：制作了12根钢筋混凝土适筋梁，为模拟既有钢筋混凝土梁在实际情况下的受荷状态，对其中10根梁进行
预裂加载，然后采用电化学方法进行快速锈蚀，最后采用四点弯曲试验对钢筋混凝土梁进行加载．研究表
明：锈蚀后的钢筋呈现出沿截面和长度两个方向的不均匀锈蚀，预裂裂缝位置处钢筋锈蚀较为严重；采用
沿长度方向不均匀锈蚀表征参数建立平均锈蚀率与最大锈蚀率的关系，在此基础上给出的梁抗弯承载力
计算公式，其计算结果具有较好的精度，与试验值吻合较好．
关键词：不均匀；锈蚀；钢筋混凝土梁；预裂；抗弯承载力
中图分类号：TU375．1 文献标识码：A 文章编号：1002—5634(2015)05—0044—04
混凝土结构中的钢筋在一定条件下会发生锈
蚀．对于处于恶劣环境下的结构，这一问题尤为突
出．大量混凝土结构由于钢筋的锈蚀不得不进行维
修或拆除重建，甚至个别结构发生倒塌事故¨ ．近
年来，钢筋锈蚀问题已引起世界各国的普遍关注，并
投人大量的人力和物力进行相关方面的研究．最初
研究发现：钢筋发生锈蚀后，铁锈的体积是钢筋原始
体积的2～4倍，由于体积膨胀会对周围混凝土产生
一定的压力，当该压力达到一定数值后，混凝土便产
生顺筋裂缝，甚至造成保护层剥落．由此造成钢
筋与混凝土之间的黏结性能降低，锈蚀钢筋受力面
积减小，同时锈胀裂缝的存在也加速了钢筋的锈蚀，
造成恶性循环．为了准确评估钢筋锈蚀对结构产生
的影响，国内外学者开展了系统的研究工作．通过对
锈蚀钢筋混凝土梁开展试验研究，普遍认为：钢
筋在锈蚀程度较小的初期阶段，对梁的受力性能几
乎无影响；当锈蚀发展到特定阶段后，构件的开裂荷
载、屈服荷载以及极限荷载都有不同程度的下降；梁
的刚度变小，使梁在承受相同荷载的情况下挠度增
大，导致结构不安全；通过对梁跨中纯弯段混凝土应
变的分析，可近似认为其平均应变仍符合平截面假
定，采用该假定可简化锈蚀钢筋混凝土构件承载力
的计算．然而，已有的研究往往采用平均锈蚀率的概
念，忽略了锈坑分布、钢筋锈蚀率沿长度方向的变化
对钢筋力学性能及黏结性能的影响．
本文在不均匀锈蚀钢筋力学性能研究的基础
上，对12根钢筋混凝土梁进行了不均匀锈蚀试
验和抗弯性能试验，分析了不均匀锈蚀钢筋混凝土
粱的破坏机理、破坏形态及承载力和刚度的变化情
况，并在试验的基础上给出了不均匀锈蚀钢筋混凝
土梁抗弯承载力的计算方法．
1 试验概况
本次试验主要考虑了钢筋种类、钢筋锈蚀率和
混凝土强度的影响，共设计了12根钢筋混凝土梁，
钢筋截面尺寸及配筋如图1所示．
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图1 钢筋混凝土梁尺寸及配筋(单位：mm)
梁的架立筋采用2根直径12 mm的光圆钢筋．箍
筋选用直径6 mm的光圆钢筋，箍筋间距100 mm．混
凝土保护层厚15 mm．梁底部受力钢筋分别采用直径