受腐蚀钢筋混凝土墩柱受侧向冲击后裂缝开展与破坏形态研究.pdf

2 0 1 5年 第 8期 (总 第 3 1 0期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 1 0) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORE 1 1 CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 5 0 8 0 1 0 受腐 蚀钢筋混凝 土墩柱 受侧 向冲击后裂缝 开展与破坏形态研 究 邱春杰。方从启。 杨帅 ， 张龙建 ( 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院， 上海 2 0 0 2 4 0 ) 摘 要： 通过对不同腐蚀率的钢筋混凝土墩柱的侧向冲击试验 ， 研究腐蚀率对混凝土墩柱的变形， 裂缝形成和发展及破坏形态 的影响。 试验采用落锤式冲击加载模拟墩柱受侧向冲击 。 通过改变落锤 冲击高度得到不同的冲击工况， 观察记录墩柱的裂缝开 展和破坏形态。 试验结果表明 ： 高腐蚀率的试件抗侧向冲击能力弱 ， 延性差 ， 随着腐蚀率 的增加 ， 试件破坏形态 由纵向裂缝 和斜 裂缝控制的弯剪破坏向无预兆的剪切破坏转变 。 关键词： 腐蚀； 侧向冲击 ； 弯剪破坏 ； 剪切破坏 中图分类号： T U 5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 8 0 0 3 9 0 4 S t u d y o f c r a c k d e v e l o p m e n t a n d f a i l u r e mo d e of c o r r o d e d r e i n f or c e d c o n c r e t e c o l u m n u n d e r l a t e r a l I m p a c t Q 彤 C h u n j i e ， F A N G C o n g q i ， Y A NG S h u a i ， Z H A N G L o n g j i a n ( S c h o o l o f Na v a l Ar c h i t e c t u r e ， Oc e a n and Ci 、 ，i l E n g i n e e r i n g ， S h a n g h a i J i a o ton g Un i v e r s i t y ， S h ang h ai 2 0 0 2 4 0， C hin a ) Ab s t r a ct ： S t u d y t h e i n f l u e n c e of c o r r o s i o n r a t e t o the c o n c r e te c o l u mn s d e f o r ma t i o n， c r a c k d e v e l o p me n t a n d d a ma g e mo d e u n d e r l a t e r a l i m p a c t b y e x p e r i m e n t s U s i n g d r o p h a mm e r i mp a c t t e s t to s i mu l a t e p i e r c o l u mn s s u b j e c t e d to l a t e r a l i mp a c t O b s e r v e a n d r e c o r d th e c r a c k d e v e l o p me n t a n d f a i l u r e p a t t e r n T e s t r e s u l t s s h o w tha t the r e s i s t a n c e to l a t e r a l i mp a c t a b i l i ty a n d d u c t i l i t y o f s p e c i me n s wi th h i g h C O IT O s i o n r a ti o i s p o o r W i t h the r i s i n g o f c o r r os i o n r a t e， the f a i l u r e pa t t e r n c hang e d f r o m be n d i ng s h e a r f a i l ure wh i c h i s c o n t r o l l e d by the v e r - il e a l c r a c k s an d the b e n d i ng s h e a r c r a c k s to the s he a r f a i l u r e Ke y wo r ds ： c o rro s i o n； l a t e r a l i mp a c t ； b e n d i n g s h e ar f a i l ure ； s he ar f a i l u re 0 引言 随着我 国交通事业 的飞速发展 ， 大量公路桥梁 以及 内 河 、 沿海、 跨海桥梁不断兴建。 然 而车辆 、 船舶撞 击桥墩 的 事故发生频率也不断上升 。 2 0 0 7年 ， 广东 九江大桥发生运 沙船撞击桥墩事故 ， 导 致九江大桥桥 面部分断裂 ， 坍 塌长 度达 2 0 0 m， 损失惨重。 桥墩撞击事故 由于其具有 ： 事故 极端性强、 人员伤亡率高、 经济损失大等特点 而受到越 来越多的重视 。 桥墩作为支撑桥梁上部结构 的主要构件 ， 不仅承受上 部恒载 ， 车辆动载作用 以及地震 ， 风浪等突发荷载 ， 同时还 受环境侵蚀作用 ， 如大 气环境下混凝 土碳化 ， 北方寒 冷地 区冻融循环 ， 海洋环境高浓度氯盐造成的钢筋腐蚀以及浪 溅区的干湿循环等。 其中钢筋腐蚀是钢筋混凝土桥墩所面 临 的最大的耐久性问题 J 。 钢筋腐蚀造成钢筋混凝土桥墩 承载能力降低， 刚度退化， 黏结力丧失等， 进而影响桥墩抗 车船撞击等性能。 目前 国内外不少 学者对混凝 土结构 的冲击性能展 开 了试验研究 ， G H u g h e s 等人 完成 了 9 2根钢筋混凝 土梁 的冲击性能试验研究， 试验主要量测了撞击力时程和跨中 位移时程 。 陈肇元等人 通过试验研究探讨了钢筋混凝土 柱在轴向冲击荷载下 的破坏 形态 、 变 形性 能及其设 计方 法 。 李珠等对钢管混凝土短柱的轴向冲击动力特性以及轴 压下钢管混凝 土侧 向冲击性能进行 了一系列试验研 究 一 。 虽然对于混凝土结构的抗 冲击性能试验研 究已有 大量基础 ， 但这些研究较多集中于钢筋混凝土梁的冲击性 能研究 ， 对于钢混柱的抗 冲击性能研究则较多集中于轴 向 冲击 ， 侧 向冲击研究相对较少 ， 而钢筋腐蚀对钢混柱侧向冲 击性能影响的研究更是几乎未见。 本 文通过 8根不 同腐蚀 率的钢筋混凝土墩柱 的侧向落锤冲击试验来研究钢筋腐蚀 对于钢混墩柱受侧向冲击后裂缝开展和破坏形态 的影响。 1 试 验 过 程 1 1 试件制作 试验共设计制作 8 根钢筋混凝土 圆形墩柱 ， 整体试件 高度9 0 0 n u n ， 墩柱有效高度 6 0 0 m n l ， 试件的几何尺寸和 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 卜0 3 基金项 目： 国家自然科学基金项目( 5 1 1 7 8 2 6 4 ) ； 铁道部科技研究开发计划项目( J 2 0 1 1 G 0 0 3 ) 3 9 参考 文献 ： 1 D O MO N E P L S e l f c o mp a c ti n g c o n c r e t e ： A n a n a l y s i s o f 1 1 y e a r s o f c a s e s t u d i e s - J C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 6 ( 2 8 ) ： 1 9 7 2 0 8 E 2 3余志武， 潘志宏 ， 谢友均， 等 浅谈自密实高性能混凝土配合比 的计算方法 J 混凝土， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 5 4 5 7 ， 6 7 r- 3 - 1陈波 ， 刘清， 等 乌鲁木齐地区 C 3 0自密实混凝土力学性 能试 验研究E J 混凝土 ， 2 0 1 4 ( 8 ) ： 5 2 5 6 4 单智， 石建军， 熊恩， 等 新拌自密实混凝土流变性研究 J 混 凝土 ， 2 0 1 0 ( 1 1 ) ： 1 0 8 1 1 2 5 丁庆军， 王志亮， 周孝军， 等 自密实补偿收缩钢纤维钢管混凝 土的抗冻性研究与应用I- J - 混凝土 ， 2 0 1 4 ( 8 ) ： 4 3 4 8 6 陈景， 徐庭波， 等 C 6 0泵送顶升自密实钢管混凝土的制备与工 程应用 J 混凝土 ， 2 0 1 4 ( 6 ) ： 1 5 1 1 5 4 ， 1 5 6 7 刘权， 石建军， 周杨， 等 泵送顶升 混凝土， 2 0 1 4 ( 2 ) ： 1 5 6 1 6 0 8 安雪晖， 金峰， 石建军 自密实混凝土充填堆石体试验研究 J 混 凝土， 2 0 0 5 ( 1 ) ： 3 6 ， 4 2 9 樊愚， 王万兴 堆( 卵) 石混凝土密实度检测方法的研究r J 国 防交通工程与技术 ， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 1 7 2 O 1 O 徐志辉， 韦江雄， 等 胶凝材料用量对自密实混凝土氯离子扩 散系数的影响研究r J 混凝土， 2 0 1 4 ( 7 ) ： 7 3 7 5 1 1 许燕莲， 李荣炜， 余其俊， 等 多孔混凝土孔隙的表征及其与渗 透性的关系研究 J 混凝土， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 1 6 2 0 1 2 马昆林， 谢友均， 刘运华 粉煤灰对混凝土孔隙率及强度的影 响 J 粉煤灰综合利用， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 3 5 上接第 4 2页 展 ， 而未见明显竖向受弯裂缝 以及斜 裂缝 开展。 这 也使得 高腐蚀率试件的最终剪切破坏更加突然， 无预警。 腐蚀率 较低 时， 初始裂缝 的耗 能效 果差 ， 竖 向裂缝和斜裂 缝的开 展更为明显 ， 试件的延性相对较好。 3 结 论 通过 8 根不同腐蚀程度的钢筋混凝土试件的落锤侧 向冲击试验 ， 研究 了钢筋腐蚀对 于钢筋混凝土墩柱的裂缝 开展和破坏形 态的影响 ， 得到以下结论 ： ( 1 ) 低腐蚀率试件 的破坏模式为由弯剪裂缝开展导致 弯剪破坏 ， 高腐蚀率试件破坏模式为无预警的剪切脆性破 坏 。 腐蚀率的增加使墩柱抗侧冲击延性降低。 ( 2 ) 随着腐蚀率的增加 ， 墩柱 的初始锈胀裂缝宽度 ， 长 度增加。 初始锈胀裂缝的冲击耗能效果使高腐蚀率试件趋 于无预警 的脆性破坏 。 参考文献 ： 1 王增忠， 王君杰， 范立础 船撞桥风险分析与安全经济决策 J 建筑经济， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 1 0 8 1 1 1 2 许琦 贝 0 向冲击荷载下钢筋混凝土圆形桥墩动力性能研究 D 南京 ： 南京工业大学 ， 2 0 0 9 3 ME T H A P K C o n c r e t e d u r a b i l i t y ： fi f t y y e a r S p r o g r e s s C P r o c e e d i ng o f 2t h I n t e rna t i o na l Co n f e r e n c e o n Co n c ret e Du r a b i l i t y ACI S P1 2 61， 1 9 9 1， 13 3 4 8 1 3 唐朝生， 施斌， 王宝军 基于 S E M土体微观结构研究中的影响 因素分析 J - 1 岩土工程学报， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 5 6 0 5 6 5 1 4 何俊， 施建勇 膨润土微观结构S E M观察中的表观孔隙率 J 河 海大学学报： 自然科学版， 2 0 0 7 ( 2 ) ： 2 2 0 2 2 4 1 5 3 U 伟 ， 邢锋， 谢友均 水灰比、 矿物掺合料对混凝土孔隙率的影 响 J 低温建筑技术， 2 o 0 6 ( 1 ) ： 9 1 1 1 6 涂成厚 ， 林宗寿 ， 米春艳 水泥基体中消泡剂的作用浅析 J 国 外建材科技， 2 0 0 0 ( 4 ) ： 4 8 5 2 1 7 涂成厚 ， 林宗寿 ， 陶海征 水泥石气泡的形成及其对强匣的影 n E J 水泥工程， 2 0 0 1 ( 2 ) ： 6 8 1 8 赵铁军， 李淑进 碳化对混凝土渗透性及孔隙率的影响 J 工 业建筑 ， 2 0 0 3 ( 1 ) ： 4 6 4 7 1 9 叶铭勋 混凝土孔隙率的测定 J 水利水运科学研究 ， 1 9 9 7 ( 4 ) ： 3 7 9 3 8 5 2 O 透水混凝土路面表面孔隙率与试块断面孔隙率检测方法： C N1 0 1 0 0 4 3 7 0 - P 2 0 0 7 0 72 5 2 1 C E C S 2 0 3 ： 2 0 0 6 ， 自密实混凝土应用技术规程 s 2 0 0 6 2 2 曾伟 透水混凝土配合比设计及性能研究 D 重庆： 重庆大 学 。 2 0 0 7 第一作者 ： 联系地址 联系电话 单智( 1 9 8 7一) ， 男， 博士研究生， 研究方向： 高性能混 凝土材料、 混凝土材料本构模型、 混凝土结构疲劳耐 久性等。 中南大学铁道校区研究生楼( 4 1 0 0 0 4 ) 0 7 318 2 65 6 6 11 4 H U G H E S G， B E E B Y A W I n v e s t i g a t i o n of th e e f f e c t o f i mp a c t l o a d i n g o n c o n c r e m b e a ms J S T R U C T U R A L E N G I N E E R P A R T B， 1 9 8 2 ， 6 0 ( 3 ) ： 4 5 5 2 5 陈肇元， 罗家谦 钢筋混凝土轴压和偏压构件在静载和快速变形 下的性 g c 清华大学抗震抗暴工程研究室 科学研究报告集 ( 第4 集) 钢筋混凝土结构构件在冲击荷载下的性能 北京： 清 华大学出版社， 1 9 8 6 ： 3 3 4 4 6 李珠， 李宝成， 李永刚， 等 钢管混凝土短柱轴向冲击动 力特性 的探讨 J 太原理工大学学报 ， 2 0 0 6 ， 3 7 ( 4 ) ： 3 8 3 3 8 5 r 7 任够平 预加轴力的钢管混凝土构件受刚性块侧向冲击的动 力响应分析 D 太原 ： 太原理工大学 ， 2 0 0 9 8 王明洋 ， 王德荣 ， 宋春明 钢筋混凝土梁在低速冲击下的计算 方法 J 兵工学报 ， 2 0 0 6 ， 2 7 ( 3 ) ： 3 9 9 4 0 5 r 9 解东升， 冯淑芳， 王明洋 1 氏速冲击下钢筋混凝土柱的变形与 破坏研究 c 第六届 全国工程结构安全防护学术会议论文 集 ， 2 0 0 7 1 O 过镇海 ， 时旭东 钢筋混凝土原理和分析 M 北京 ： 清华大学 出版社 ， 2 0 0 3 第一作者： 邱春杰 ( 1 9 9 0一) ， 男 ， 硕士研究生 ， 研究方向： 混凝土 结构耐久性。 联系地址： 联系电话： 通讯作者： 联 系电话： 上海市闵行区东川路 8 0 0号 上海交通大学木兰船建 大楼 A 5 0 4室( 2 0 0 2 4 0 ) 1 38 1 6 8 27 l 6 3 方从启( 1 9 6 3 一) ， 男， 副教授。 1 3 91 6 6 7 5l 1 5