腐蚀预应力混凝土梁桥抗弯承载能力计算方法研究.pdf

42 世界 桥 梁 2 01 5 ， 4 3 ( 1 ) 腐蚀预应力混凝土梁桥抗弯承载能力计算方法研 究 陈淮 ， 李杰 ， 陆慧琳 ( 郑 州大 学土木 工程 学 院， 河南 郑 州 4 5 0 0 0 1 ) 摘 要 ： 为 了评估预应力钢绞线腐蚀 后的预应 力混凝土梁桥工作性 能 ， 对除冰盐环境下先张法和后张法施 T的预应力混凝 土 构件的抗弯承载能力计 算方 法进行研究 。通过考虑 多个影响 因素 ， 引入 拉应 力水 平对钢绞线腐蚀速 率影响系数 k ， 建立 先张 法预应 力混凝土结构的碳化 深度 预测公式 ； 探讨后张法考虑腐蚀发生前混凝土保护层 、 波纹管及 管 内水泥浆结 硬体对初 始腐 蚀的延迟影响 ； 提 l f I 腐蚀预应力钢绞线 的有效截面面积及腐蚀后预应力钢绞线强度计 算公式 ， 并 在现行桥 涵设 计规范 的基础 上 ， 建立预应力钢绞线腐蚀后 的结构抗弯承载能力计算方法 。最后 ， 以郑州 市航 海路连接线跨 南水北调 总干渠的南水北 调大 桥辅线桥为例 ， 对其在服役期 内因筋体腐蚀引起 的承载能力退化进行分析 ， 验证该预测方法 的可行性 。 关 键 词 ：预 应 力 混凝 土 梁桥 ； 预 应 力 钢 绞 线 ； 腐 蚀 ； 抗 弯 承 载 能 力 ； 计 算 方 法 中图 分 类 号 ：U4 4 8 2 1 ； U4 4 1 5 文 献 标 志 码 ： A 文 章 编 号 ： 1 6 7 l 一 7 7 6 7 ( 2 0 1 5 ) 0 l 一0 0 4 20 6 1 引 言 预 应力 钢绞线 腐蚀 是导 致预应 力混 凝土桥 梁 承 载 能力 下降 的 主要 原 因 。对 于后 张法 施 T 的 桥 梁 ， 预 应 力钢 绞 线 腐 蚀 会 使 预 应 力 筋 有 效 截 面 面 积 减 小 ， 甚 至锈 断 ； 而对 先 张法施 T 的桥梁 除 了会 产生 上 述 问题 外 ， 还会使 混 凝 土 与钢 绞 线 之 间 的粘 结 性 能 退 化 。明确 预应 力 钢 绞线 腐 蚀计 算 模 型 、 选 取 合 适 的腐 蚀钢绞 线 力学性 能计算 方法 具有 重要 的T程 实 用价 值 ， 是 分析 预测 预 应 力 混凝 土 梁 桥 时变 承 载 能 力的基础 。本 文 以常 见 的除冰 盐侵蚀 环境 下 的预应 力混 凝土 梁桥 为例 ， 对 腐 蚀 预应 力 混 凝 土梁 桥 的抗 弯 承载能 力 的计算方 法进 行深 入研究 。 2预应 力钢 绞线腐 蚀计 算模 型 参 考文献 1 通 过拟 合试 验数据 ， 得 到拉应 力水 平 对钢 绞线腐 蚀速 率影 响系数 k 的计算 公 式 ， 本文 引入该 影响 系数 ， 按 照 预应 力 施加 方 式 分 别讨 论 预 应 力钢 绞线 腐蚀计 算模 型 。 2 1先张法 施 T 采用先 张法施 工 的预应 力混凝 土梁 桥 的预应 力 钢绞线 直接 包裹 在混 凝 土 中 ， 其 保 护层 体 系 为 预 应 力钢 绞线外 侧 的混凝 土 ， 因此 其 腐 蚀计 算 模 型 与 普 通钢 筋 的锈 蚀计 算模 型一致 。 。 考虑 预 应力 混 凝 土多 采 用 高标 号 水泥 ， 可 通 过 对 张誉模 型 的修 正 预测 碳 化 深度 ， 修 正 内容 包 括 温度 、 C ( ) 浓 度 、 角 部 位 置影 响 以及 应力 水 平 ， 基 于 此 给出适 于预测 预应 力混 凝土结 构 自然碳 化深 度 的 碳化 模型 ： X = 8 3 9 k k s ( 1 一RH) x ( 1 ) 式 中， k 为角 部位置 影 响系数 ； k 为温 度影 响 系数 ； k 为 C O。浓 度 修 正 系 数 ； k 为应 力 水 平 影 响 系 数 ； y n 为 水泥 水化 程度 修 正 系数 ； ) ， 为水 泥 品种修 正系数 ； t 为碳 化 时间 ； C 。为 C ( ) 。浓度 ； 其余 参 数 含 义见参考文献E 4 。 由于本 文研 究对 象为 除冰盐 侵蚀 环境下 的 预应 力混凝 土 梁桥 ， 考 虑 不 同影 响 因 素 ， 基 于 F i c k第 二 扩散定 律 建立适 用 于预应力 混凝 土梁 桥氯 离子 扩散 的模 型 ： 1 D 一南 k T 是 k K 。 D ( 2 ) 】 一e r f C 一C 。 +( c 一C o ) l 。 l ( 3 ) L ( 1 一 ) j 式 中 ， D 为氯 离 子 扩 散 系 数 ； R 为混 凝 土对 氯 离 子 的结合 能力 ； k ， 为 温 度 影 响 系 数 ； k 为 应 力 影 响 系 数 ； k 为混 凝 土 劣 化 影 响 系数 ； t 。取 为 2 8 d ， D。 一 收 稿 日期 ： 2 0 l 4 0 8 1 2 基金项且： 郑州市交通运输委员会科技项 目( 2 0 1 2 0 9 0 1 ) 作者简介： 陈淮( 1 9 6 2 一) 男， 教授 1 9 8 3年 哔业于湖南大学应用 力学专业 ， 工学学士 ， J 9 8 6年毕业 于重庆大学固体力学专业， 工学硕士， 1 9 9 3 年毕、 于 二 中南大学桥梁与隧道工程专 业， T 学博士( E ma i l ： z d t mZ Z U e d u c n ) 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 腐蚀预应力 混凝 土梁桥抗弯承载能力计算方法研究 陈淮 ， 李杰 ， 陆慧琳 4 3 D2 8 d = = = 1 0 ( m s ) ； 为 时 间 依 赖 性 常 数 ； 当结 构服 役 时间 t )2 5年 时 ， 认 为扩 散 系数 不 再 随 时 间 t 改变 ， C 为 t 时 刻距 离混 凝 土表 面 -z深 度 处 的氯离 子 浓度 ； C 。 为 氯 离 子 初 始 浓度 ； C 为 混 凝 土表面氯离 子浓度 ； e r r ( u ) 为误差 函数 ， 且 令 e r r ( u ) 一 口 r“ l e d t ， 其余参数含义见参考文献 4 。 了 c J。 2 2后 张法 施工 后张 法施 工 的预应 力混 凝 土梁桥 保 护层 体系 包 括混凝 土 保护 层 、 波纹 管 以及 管 内水 泥浆 结硬 体 等 ， 因此 ， 碳化 作用 和 氯 离 子侵 蚀 引起 的预 应 力 钢 绞线 腐 蚀 计算 较 为复杂 。 2 2 1 金 属 波纹 管 金 属 波纹 管从 开始 锈蚀 到锈 胀 开裂 这一过 程 的 时间 可按 钢材 电化 学锈 蚀原 理进 行计 算 。假定 钢材 均匀锈 蚀 ， 钢 材锈 蚀 量 A D 与腐 蚀 电流 密 度 i 。 ( ) 之 间的关 系为 ： r r D I 。 d t一 1 1 61 0 I i 。 ( ) d t ( 4 ) J J 式 中 ， 72 。 为 钢 筋 锈 蚀 速 率 ； i ( t ) 可 按 i ( t ) 一 耵 御 0 8 5 A X t 估算 ； 7 7 T 7 豫 H 一1 由畀 ； 令 ADA d i ( 金属波纹管壁厚) ， 可得到金属波纹管 从 开始 锈蚀 到 锈胀 开裂 所用 时 间 f 。 实 际 工程 中 ， 金 属波 纹管 自身存在 易破 损 、 密封 性 差 、 易锈 蚀 等缺点 ， 水 泥浆 体 泌水又 常 导致金 属 波 纹 管局 部 蚀穿 ， 成 为 腐 蚀 介 质 扩 散 的通 道 。侵 蚀 介 质一旦到达波纹管表面 ， 便经 由表面薄弱部位 扩散 到 管 内水 泥浆 结 硬体 ， 引 发 预应 力 筋 锈 蚀 。金 属 波 纹管 自身缺陷降低了其对预应力筋的保护作用 。 2 2 2 塑 料 波纹管 无 论 在大气 自然环 境条 件还 是人 工加 速老 化条 件 下 ， “ 光 照是 导致 聚 乙烯 等 塑料 材料 老化 降解 的主 要因素” 的观点已被认 同 ， 但 目前几乎没有无光照 使 用环 境 下 的其 它 环境 因素 对 聚乙烯 等塑 料材 料老 化 影 响的研 究成 果 。实 际预 应力 混凝 土梁 桥工 程 中 的塑料波纹管被管外混凝土包裹 ， 处于没有光照 的 使用环境中， 依据已有 的研究成果难以准确定量计 算 其 老化 寿命 。为 了体 现塑 料波 纹管 对预 应力 钢绞 线 的保 护作 用 ， 本文 偏 安 全 地 假 定 预 应力 混 凝 土 梁 桥 所采 用 的塑料 波纹 管 与该地 区位 于 大气 自然 环境 中的同种塑料材料老化速度相 同， 综合考虑实用性 及可操作性， 采用参考文献 6 提出的以大气环境为主 要参数 的预测方法粗略估算 塑料波纹管 的老化寿命 。 以郑 州 地 区为 例 ， 由 气 象 资 料 计 算 可 知 ， 2 0 1 2 年 的年 积温 度 Y AT 5 1 4 0 9 ， 年积 温 度 当量 T E 5 1 4 ， 年积 温度 当量 稍高 于北京 低于 广州 ， 年下 降率 可 近似 取 为 8 5 。取 塑 料 材 料 拉 伸 强 度 下 降 到 5 0 的时刻 作 为其 使 用 寿 命 终结 点 ， 则郑 州 地 区 预应力混凝土梁桥塑料波纹管的老化寿命 A t 6 年。 2 2 3 管内水泥浆结硬体 当波 纹 管遭 到 破坏 后 ， 管 道 内水 泥浆 结 硬 体成 了保护 预应 力钢 绞线 的最后 一 道屏 障 。对 于采 用后 张 法施 工 的预应 力混 凝 土结 构 ， 波 纹 管 内的水 泥 浆 结 硬体 可折 算为 一定 厚 度 的混凝 土 ， 相 当 于增 加 混 凝 土保护 层厚 度 ， 换 算公 式 如下 ： ce一 ( 2 4 ) C ( 5 ) 式 中 ， C 为折算 的混 凝土 厚度 ； C 为水 泥浆 结 硬 体 的厚 度 ； f c 为保 护层 混凝 土抗压 强度 标准 值 。 实 际工 程 中 ， 采 用 后 张法 施 工 的预 应 力钢 绞 线 线形 较 复杂 ， 平直 段 预 应力 筋 被 水 泥 浆结 硬 体 完 全 包裹 ； 锚 固端 预应力 筋往 往一 侧贴 近波 纹管 ， 可偏 安 全地 忽 略水 泥浆结 硬体 对其 保护作 用 。 波纹 管 和管 内水泥 浆结 硬体在 一 定程度 上延 迟 了钢绞线的初始腐蚀时间， 腐蚀发生后 ， 钢绞线腐蚀 速率计算方法 同先张法 。 3腐蚀预 应 力钢绞 线 的力学 性能 3 1 腐蚀 钢 绞线 的有效 截 面面积 钢绞 线 是 由多根 高 强 钢丝 捻 制 而成 ， 其 腐 蚀 形 态不同于普通钢筋 ， 单根钢丝尤其是中心钢丝的腐 蚀往 往不 均匀 。由于缺乏 可供 lT程 实用 的预应 力 钢 绞线腐蚀形态的研究成果 ， 为简化计算假定单根钢 丝 的电化 学腐 蚀为 均 匀 腐 蚀 ， 且 钢 绞线 的所 有 钢 丝 同时腐蚀 ， 不考虑距 离保护层较近和较远一侧腐蚀 时 间差 异 。 混 凝 土碳化 引起 预应 力钢 绞线均 匀腐 蚀 。氯离 子侵 蚀作 用下 ， 预应 力钢 绞线 坑蚀不 明显 ， 可 以按 照 均匀腐 蚀估 算腐 蚀 量 ； 坑蚀 现 象 比较 显著 的 ， 可引入 坑蚀深度影响系数， 则腐蚀率和有效截面面积分别为： 腐蚀 率 7 ( ) 4 A D( t ) ( 6 ) 。L， 有 效截 面 面积 A( )一 ( 1 一 即 ( ) ) A。 ( 7 ) 式 中 ， A D( t ) 为钢 绞线 腐 蚀 量 ； D。为 未 腐 蚀 钢 绞 线 的直径 ； A 。为未 腐蚀钢 绞线 的截 面 面积 。 3 2预应力 钢绞 线腐 蚀后 强度 预应力钢绞线腐蚀率和腐蚀后强度关系的初步 研 究结果 表 明 ， 预应 力 钢 绞线 的名 义 强度 随腐 蚀 率 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 44 世 界 桥 梁 2 0 1 5， 4 3 ( 1 ) 的增加线 性退 化 。参 考 文献 9 通 过 对 钢 绞线 的加 速 腐蚀试 验 ， 指 出腐蚀 预 应 力 钢绞 线 的抗 拉性 能 主 要 取决 于单根 钢丝 的腐 蚀程 度 ， 而与 整 根 钢 绞线 的 平 均腐 蚀程 度相关 不 大 ， 腐 蚀 钢 绞线 的名 义 极 限强 度与单 根 钢 丝 的最 大截 面损 失率 有 较 好 的线 性 关 系 。通 过对 比分 析 ， 建 议 在估 算 预 应 力 混凝 土梁 桥承 载能力 随时 间退 化 时 ， 若 只 考 虑钢 绞 线 较 小 的 腐蚀 率 ( 1 0 ) ， 可 采 用 参 考 文献 1 0 中 方 法计 算腐 蚀钢 绞线 的抗 拉强 度 ； 当考 虑 严 重腐 蚀 影 响 时 采用参考文献 1 1 中方法。 3 3 协 同工作 降低 系数 先 张法 施 工 的预 应 力混 凝 土梁 桥 ， 预 应 力钢 绞 线 腐蚀 引起钢 绞线 与混凝 土之 间粘结 强度 退化 是造 成 结构 承载 能力下 降 的主要原 因之一 。在 计算 梁桥 结 构抗 弯承 载能力 时 ， 通 常 对受 拉 钢 筋 乘 以 协 同工 作降低系数 k 来体现粘结性能退化对结构抗 弯承 载 能力 的影 响 。 有 关预 应力混 凝 土钢绞 线与混 凝土 之 间的协 同 工作 降低 系数 的研 究 成 果 较 少 ， 鉴 于预 应 力 钢 绞线 与普通钢筋 的电化学腐蚀机理相似 ， 可参照钢筋混 凝土结构中钢筋与混凝土之间的协同工作降低系数 计算 方法 。 对 于 现锈 胀裂 缝且 裂缝 宽度 已知 的在役 预应 力 混凝 土梁桥 l 1 。 ， 其协 同工作 降低 系数 为 ： 叫 o 5 mm 1 1 0 0 9 d 1 0 )( 1 1 2一 w 9 4 ) ( 8 ) 5 mm 2 0 mm 式 中 ， 叫 为锈 胀 裂 缝 宽 度 ( mm) ； 当 0 5 mm 0 9 5时 ， 取 0 9 5 。 对新建 桥 梁在整 个服役 期 内的承载 能力 进行 预 测时 ， 其协 同工 作降低 系数 为 ： 0 ( ) i 0 0 8 5 ( ( t ) 一 ) o 3 ( 9) 式 中 k 为协 同工 作 降 低 系 数 ； 艿 ， ( t ) 为 t 时 刻 钢 筋 锈 蚀 深 度 ( mm) ； 为第 i 根 钢 筋 保 护层 开裂 时所 对应 的钢筋锈 蚀深 度 ( mm) 。 对于 后 张法 施 工 的预 应力 混 凝 土梁 桥 ， 预 应力 对结 构 的作 用 主要通 过 锚 头施 加 ， 而 非借 助 于 钢 绞 线和 混凝 土之 间 的粘 结力 来 实 现 。 因此 ， 可 不 考 虑 预应 力钢绞 线腐 蚀导致 钢绞 线与混 凝 土间协 同工 作 性 能降低 对其 抗弯 承载 能力 的影 响 。锚头 的锚 固性 能 、 锚 头锈蚀 程度 对 后 张法 预 应 力混 凝 土 构 件 的抗 弯承载 能力有 一定 影 响 。由于后 张法预应 力混 凝土 构件 的锚 固性能 对结 构 承 载 能 力影 响 研 究极 少 ， 二 者之 间定量 关系 目前 未查 到 相关 文 献 ， 因此 计算 后 张法 预应力 混凝 土 构件 抗 弯 承 载 能力 时 ， 假 定 钢 绞 线在设 计期 内锚 固较 好 ， 锚 头不发 生 失效现 象 ， 暂 不 考虑锚 同性 能对 其抗 弯承 载能力 的影 响 。 4 腐蚀 预应 力混凝 土梁 桥抗 弯承载 能 力计 算 预应 力钢 绞线 腐蚀 引起 预应力 混凝 土梁桥 抗弯 承 载能 力退化 主 要体 现 在 预 应力 筋 截 面 面积 减 小 、 强 度降 低 以及 腐蚀 造成 预应 力筋 和混凝 土之 间粘结 性 能退 化 。以下 基于上 述所 给 出的修正 混凝 土碳化 模 型 、 钢 绞线 腐蚀 计 算模 型分 析 腐 蚀预 应 力 混 凝 土 梁桥抗 弯 承载能 力 。 在计 算 腐蚀 预应 力 混 凝 土 梁 桥抗 弯 承 载 能 力 时 ， 一 般假 定腐蚀 后 的截 面仍然 符合平 截 面假定 ， 只 是公 式 中预应力 钢 绞 线及 普 通 钢 筋 的 面积 、 抗 拉 强 度 可分别 采用腐 蚀 预应力 钢绞 线和锈 蚀普 通钢 筋 的 有效 截 面面积 和抗 拉强度 代替 。预 应力钢 绞线 与混 凝 土之 间 的粘 结性 能退 化对结 构抗 弯承 载能 力 的影 响可通 过 2种途径 考虑 ： 对钢 绞线 布置 比较简 单 、 均 匀 腐蚀 的预 应力混 凝 土梁 桥 ， 可 对 承 载能 力 直 接乘 以协 同_T作 降低 系 数 ； 对钢 绞 线 布 置 比较 复 杂 或 者 考虑普 通钢 筋锈蚀 对 承载能 力影 响 的预应力 混凝 土 梁桥 ， 锈蚀 的受拉 钢 筋 可 分别 乘 以各 自的协 同工 作 降低 系数 ， 然后代 入 桥 涵 设计 规 范 抗 弯 承载 能力 计 算公 式 。 参照 公路 钢筋 混 凝 土 及 预应 力 混 凝 土 桥涵 设 计 规范 ( J TG D6 2 2 0 0 4 ) 5 2 2条 规定 ， 对 于 腐蚀 的预应力 混凝 土梁 桥 ， 抗 弯承 载能力 计算 方法 ： Mp = = = f d b ； x ( h 。 一詈) +是 尼 ： A ： ( ) ( 一n ： ) + 厶 志 b 忌 ( 厂 一 。 ) A ( ) ( h 。 一a ： ) ( 1 0 ) f b ； 3 2 +忌 志 ： -厂 ， d A ( ) +是 走 ( _厂 一 ) A ： ( f ) 一 k b k f d A ( f ) + 是 D b 是 f D d A ( t ) ( 1 1 ) 式 中各 参数 含 义详 见 公 路 钢筋 混 凝 土 及 预应 力 混 凝 土桥 涵设 计规 范 ( J TG D 6 2 2 0 O 4 ) 。 5计 算 实例 5 1 桥梁 概况 郑州市航海路连接线跨越南水北 调总干渠的南水 北调大桥 辅 线桥 为 5孔 1 联 的预应 力 混凝 土 连续 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 腐蚀 预应力混凝土梁桥抗弯承载能力计算方法研究 陈淮 ， 李杰 ， 陆慧琳 4 5 刚构 组合 桥 ， 跨 径 为 ( 4 3 +6 0 +1 0 0 4 - 6 O 4 - 4 3 )m， 单 幅桥 宽为 1 2 m。桥 梁设计 荷 载为 公路 一 I级 ， 设 计 基准 期为 1 0 0年 。主 梁采 用 C 5 5高性 能混 凝 土 ， 主 墩 墩 身采 用 C 4 0混 凝 土 ， 桥 面铺 装 层 为 6 c m 厚 的 C5 0混凝 土现 浇 层 。箱 梁 采 用 挂 篮 悬 浇 法 施 工 ， 预 应 力 孔道 使用 内径 为 1 0 c m 的 塑料 波 纹 管 ， 纵 向预 应力 束采 用 1 9 声 。 1 5 2 mm 高 强低 松 弛 预 应 力 钢 绞 线 ， 其抗 拉 强 度 标 准 值 f 一 1 8 6 0 MP a ， 张 拉 控 制 应力 一 1 3 9 5 MP a ， 弹 性 模 量 E 一 1 9 51 0 MP a ； 普 通 钢 筋 为 HP B 2 3 5级 和 HR B 3 3 5级 钢 筋 。 桥址 附 近年平 均 温度 为 l 4 4 ， 相对 湿度 为 6 8 。 该 桥位 于 郑 州 市 ， 冬季 通 常 往 桥 面撒 除 冰 盐来 消 除积雪 和 冰 以保 证交 通 畅通 。为 了反 映桥梁 抗弯 承载 能力 的退 化 情况 ， 分 别计 算 一 般 大 气 环 境 和 除 冰盐环境下 ， 预应力钢绞线腐蚀 引起 的结构抗弯承 载 能力 衰减情 况 。 假 定该 桥 施 工 质 量 较 好 ， 混 凝 土 浇 筑 、 振 捣 均 匀 ， 表 面不 出现 蜂 窝麻 面 现 象 ， 波 纹 管 完 好无 破 损 ， 灌浆 饱 满密 实 ， 预应力 钢束 锚 固密封 安全 可靠 ， 锚 头 工作 良好 、 不 发 生失效 破坏 ， 且 桥梁 在使用 阶段无荷 载 裂缝 产生 。在 此理 想状 态下 ， 参 考文献 E 4 - 1 计算 了 其 在设 计基 准期 内的抗 弯 承载 能 力 退 化 情 况 ， 限 于 篇幅， 本文不再给 出计算 过程 ， 以下列 出主要计算 结 果 。 5 2一般 大气 环境 下 桥 梁 在 服 役期 内 的抗 弯 承 载 能力 该 桥在 碳 化作用 下 ， 普通 钢筋 、 预应 力 钢束先 后 发 生锈 蚀 ， 筋体 的强 度和 截 面面积 有所 退化 ， 对抗 弯 承载力有一定影响。该桥在设计基准期 内中跨跨 中 截面 抗弯 承载 能力 退化 情况 如 图 1 所 示 。 计算 结果 表 明 ， 在一 般 大气环 境下 ， 该 桥在碳 化 作 用 下 ， 结 构 承载力 下 降较小 ， 不 存在 承载 力不 足 的 吕 至 、 量 R 晦 扑 摄 服役 时间 年 图 1 设计基准期 内中跨跨 中截面抗 弯承 载力退化情况 问题 ， 抗 弯 承载力 能满 足设 计使 用期 l O O年 的要 求 。 该桥主梁采用高强度混凝土和较厚的混凝土保 护 层 ， 因此普 通 钢筋 和 预 应 力钢 绞 线 的碳化 腐 蚀 时 间相对 较 晚 ， 锈 蚀 速率 较 小 ， 筋 体 强 度退 化 不 明显 ， 设 计期 内没 有 出现普 通钢 筋和 预应力 钢绞 线 的锈 胀 开裂 ， 未造 成抗 弯承 载力 显著 降低 ； 桥 梁结 构在设 计 基准期 内保持较高的抗弯承载力， 因此， 适 当加大保 护层 厚度 、 采用 高强 度 混 凝 土 可 以延 缓 筋 体腐 蚀 和 保 护 层开 裂时 间 、 降低 腐蚀 速率 ， 对减 小抗 弯承 载力 退化 有较 大影 响 。 5 3 除 冰盐环 境下 结构 在服役 期 内的承 载能力 选取 中跨 1 4 处 截 面进行 除冰 盐环 境下抗 弯 承 载力 退化 研究 。除冰 盐 环 境下 ， 截 面底 板 的 普通 钢 筋和预应力钢束不发生锈蚀和胀裂 ， 桥梁设计 基准 期 内 的抗 弯 承 载 力 退 化情 况 如 图 2所 示 。6 0年 时 开始 明显 退化 ， 预应 力钢 绞线 未腐蚀 时 ， 普通 钢筋锈 蚀使 承载 力仅 减少 了 2 左 右 ； 预应 力 钢 绞 线 腐 蚀 后 ， 承载 力退 化加快 ， 并 以预应 力钢 绞线 胀裂 后衰 减 最快 ； 桥 梁 服 役 l O O年 时 ， 该 截 面 钢 绞 线 腐 蚀 了 1 7 ， 强 度退 化至 近 5 O ， 承载 力退 化至 7 0 。 目 逵 髅 静 服役 时I司 年 图 2 设计 基准期内中跨 1 4截面抗弯承载 力退化情况 除冰 盐 环境 下 ， 由于 桥 面铺 装 层较 厚 及 顶板 预 应 力 钢束有 较 厚保 护 层 的保 护 ， 预 应 力 钢 绞线 在 除 冰盐环境下腐蚀较晚 ， 但是腐蚀发生尤其是锈胀开 裂后 ， 抗弯 承载 力有 一定 程度 的降低 ， 退化 速度 明显 高于 碳化作 用 。承 载能力 降低 对桥 梁后期 的使 用性 能有 一定 影响 。 6 结 论 ( 1 )采 用先 张法施 工 的预应 力 混凝 土 梁桥 其预 应力钢绞线直接包裹在混凝土中， 保护层体系为预 应力 钢绞 线外 侧 的混 凝 土 保 护层 ， 腐 蚀 计 算 模 型 与 普通钢筋的锈蚀计算模型一致 。考虑到预应力混凝 土桥 梁 多采用 高 标号 水 泥 ， 通 过 对 温度 、 C O z 浓 度 、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 46 世 界 桥 梁 2 0 1 5 ， 4 3 ( 1 ) 角部 位置 影 响以及 应 力水 平 进 行 修 正 ， 引 入 拉应 力 水平 对钢 绞线 腐蚀 速 率 影 响 系 数 k 建 立 了碳 化 深 度 预测模 型及 氯离 子扩散 系数 模型 。后 张法施 工 的 预 应力混 凝 土梁桥 保 护 层体 系包 括 混 凝 土保 护 层 、 波纹管以及管 内水泥浆结硬体 等， 波纹管和管内水 泥浆结 硬体 在一定 程度 上延 迟 了钢 绞线 的初 始腐蚀 时问 ， 腐 蚀 发 生 后 钢 绞 线 腐 蚀 速 率 计 算 方 法 同先 张法 。 ( 2 )针对钢 绞线发生腐蚀后强度的计算 ， 提出 腐蚀预 应 力钢绞线 的有 效截 面面 积及 腐蚀后 预应 力 钢绞线 强 度计算 公 式 ( 其 中先 张 法 预 应力 钢 绞 线 考 虑协 同一 r 作 降低 系 数 ， 后 张法 通 常 不 考 虑预 应 力 钢 绞线 腐蚀 导致 钢绞线 与混凝 土 间协 同工作 性能 降低 对其 抗弯 承载 能力 的影响 ) ， 并在 现行 桥涵 设计 规范 的基 础上 ， 建立 预应 力 钢 绞线 腐 蚀 后 的预 应 力混 凝 土梁 桥抗 弯承 载能 力 的计 算方 法 。 ( 3 )在 现行 规 范 的 基 础上 ， 考 虑一 般 大 气 和 除 冰盐 2 种侵蚀环境下 ， 利用本文所提 出的腐蚀预应 力 混凝 土梁桥 抗弯 承 载 能力 计 算 方 法 ， 对 一 预应 力 混 凝土 实桥 服役期 内 因筋 体 腐蚀 引起 的承载 力退 化 进 行 了预测 。分 析表 明在 一般 大气 环 境 作用 下 ， 预 应 力钢 绞线腐 蚀较 晚 ， 腐 蚀速 率较 小 ， 强度 降低 和截 面退化 不 明显 未造成 抗弯 承载力 的显 著退 化 ， 结 构 在设计 期 内始终 保持 较 高 的抗 弯 承载 力 ； 而 在 冬 季 除 冰盐环境 下 ， 预应 力钢绞线 腐蚀 后 ， 截面抗 弯 承载 力退 化 明显 ， 钢 绞线 腐 蚀 胀 裂后 抗 弯 承 载力 退 化 最 快 ， 6 0年时开 始 明显退化 ， 服役 1 0 0年 时 ， 抗 弯承 载 力退 化至 7 0 。 参 考 文 献 ： 1 李 富民， 袁迎 曙 ， 杜建 民， 等氯盐腐蚀 钢绞线 的受拉性 能退化特征 J 东 南大学 学报 ( 自然科 学版 ) ， 2 0 0 9 ， 3 9 ( 2 )： 3 4 0 3 4 4 2 田 浩 ， 李 国平 ， 陈艾荣大气环境混凝土桥梁耐久性参 数敏感性分析E J 桥梁建设 ， 2 0 0 9 ， ( 4 ) ： 2 4 2 7 3 蒋利学 ， 张誉 ， 刘亚芹 ， 等混凝土碳 化深度 的计算 与 试 验研究 E J 混凝 土， 1 9 9 6 ， ( 4 ) ： 1 2 1 7 4 陆慧琳 预应力混凝土梁桥承 载力退化 研究 ( 硕士学 位 论 文) D 郑州 ： 郑州大学 ， 2 0 1 4 5 杨旭东聚丙烯土工织物 的使 用寿命 预测 ( 博士学 位论 文) D 上海 ： 东华大学 ， 2 0 0 5 6 许风和 ， 李晓骏 ， 陈新文复合材料老化寿命预测技术中 大气环境 当量 的确定 J 复合 材料学 报 ， 2 0 0 1 ， 1 8 ( 2 ) ： 93 96 7 黄 伟 ， 黄大明 ， 姚启宏塑料老化性能及使用寿命预测 的新方法 J 中同塑料 ， 2 0 0 3 ， 1 7 ( 6 ) ： 5 6 5 8 8 周祖干 ， 陈 雷碳 化对 混凝 土 桥梁 使 用 寿命 的影 响 J 世界桥梁 ， 2 0 0 9 ， ( 1 ) ： 6 8 7 1 9 郑亚明 ， 欧 阳平 ， 安琳锈蚀 钢绞线力学性 能的试验研 究 J 现代交通技术 ， 2 0 0 5 ， 2 ( 6 ) ： 3 3 3 6 1 O 李 富民 ， 袁迎曙 ， 王波 ， 等腐蚀 钢绞线预 应力混凝 土 梁受弯承载 力评估E J 建筑结构学报 ， 2 0 1 1 ， 3 2 ( 2 ) ： 1 0 1 6 1 1 曾严红 ， 顾祥林 ， 张伟平 ， 等锈蚀预应力筋力学性能研 究 J 建筑材 料学 报 ， 2 0 1 0 ， 1 3 ( 2 ) ： 1 6 9 1 7 4 1 2 惠云玲 ， 李荣 ， 林志伸 ， 等混凝土基本构件钢筋锈 蚀 前后性能试验研 究 J 工 业建 筑 ， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 6 ) ： 1 4 一 l 8 1 3 牛荻涛混凝土结构耐久性与寿命 预测 M 北京 ： 科 学 出版 社 ， 2 0 0 3 ： 1 2 2 1 2 4 S t u d y o f Ca l c u l a t i o n M e t ho d s f o r Ant i Be nd i ng Be a r i ng Ca pa c i t y o f Co r r o d e d Pr e s t r e s s e d Co n c r e t e Gi r de r Br i dg e cHEN Hu a i LIJi e LUHu i - l i n ( S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g，Z h e n g z h o u Un i v e r s i t y，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 1 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：I n or d e r t o e v a l u a t e t h e p e r f o r ma nc e o f t he pr e s t r e s s e d c o nc r e t e gi r d e r b r i dg e a f t e r p r e s t r e s s i n g s t e e l s t r a nd s a r e c or r o de d，t h e c a l c u l a t i o n me t ho ds f o r a nt i b e n di n g b e a r i n g c a p a c i t y o f p r e s t r e s s e d c o n c r e t e c omp on e nt s c on s t r u c t e d r e s p e c t i v e l y by pr e t e ns i o ni ng m e t ho d a nd po s t t e n s i o n i n g me t h o d u n d e r t h e c o n d i t i o n o f d e i c i n g s a l t e n v i r o n me n t we r e s t u d i e d B y c o n s i d e r i n g mu l t i p i e i nf l ue nt i a l f a c t or s ，t h e va r i a bl e忌 whi c h r e f e r s t o t h e i nf l u e n t i a l c oe f f i c i e nt o f t e ns i l e s t r e s s o n t he c o r r os i o n r a t e of s t e e l s t r a nd s wa s i nt r od uc e d，a nd t he p r e d i c t i o n f o r m u l a s of t he c a r bo n i z a t i o n d e pt h of p r e s t r e s s e d c o nc r e t e s t r u c t ur e c o ns t r uc t e d by p r e t e ns i on i n g me t ho d we r e e s t a b l i s he d I n t he c a s e o f p os t t e ns i o ni n g me t ho d，t h e de l a y e d e f f e c t s o f t he c o nc r e t e c o ve r，c o r r u ga t e d du c t s a n d 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 腐蚀预应 力混凝 土梁桥抗弯承载能力计算方法研究 陈淮 ， 李杰 ， 陆慧琳 4 7 c e me n t l u m p s i n t he du c t s o n t he i ni t i a l c o r r os i o n p r i or t o t h e oc c u r r e nc e of c o r r os i o n we r e d i s c u s s e d，t he c a l c u l a t i o n f o r m ul a s f o r t he e f f e c t i ve s e c t i on a r e a o f t he c o r r o d e d pr e s t r e s s i ng s t e e l s t r a n ds an d t h e s t r e ng t h o f pr e s t r e s s i ng s t e e l s t r a n ds a f t e r c o r r o s i on we r e p ut f or wa r dM o r e o v e r， ba s e d o n t he c ur r e n t c od e s f o r d e s i g n o f br i d ge s a nd c ul v e r t s，t he c a l c u l a t i o n me t ho ds f o r s t r uc t u r a l a nt i be nd i ng be a r i n g c a p a