局部区段锈蚀的钢筋混凝土柱承载力研究.pdf

2 0 1 1年第 9期 9月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRET E AND CEMENT PR0DUCTS 2 0l 1 N0 9 S e pt e mb e r 局部区段锈蚀的钢筋混凝土柱承载力研究 高 向华 ， 王小 惠 ， 王建 涛 ( 1 上海交通大学土木工程系， 2 0 0 2 4 0 ； 2 西北有色地质勘查局七一七总队地勘分院， 7 2 1 0 0 0 ) 摘 要 ： 研 究了局部 区段 内锈蚀钢 筋暴露、 混凝土保护层 剥落的钢筋混凝土柱 的承 载力问题 。考虑局部 区段 内 不 同钢筋锈蚀率 、 柱两侧钢 筋均 暴露的情形 ， 通过 理论分析 ， 提 出了一种计 算局 部 区段 内钢 筋锈蚀情 况下的偏心 受 压枉的承栽力 简化计算模型 ， 并通过 实验验证 了模型的可行性。 关 键 词 ： 锈 蚀 ； 局 部 区段 ； 钢 筋 暴 露 ； 承 载 力 ； 钢 筋 混凝 土 柱 Ab s t r a c t ： T h e l o a d c a p a c i t y o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e ( RC )c o l u mn wi t h p a r t i a l l e n g t h c o r r o s i o n i s t h e o r e t i c a l l y s t u d i e d ， w h e r e t h e e x p o s u r e o f t h e l o n g i t u d i n a l b a r ， d e l a mi n a t i n g o f c o n c r e t e c o v e r a n d l o s s o f t h e b o n d wi t h i n t h i s p a r t i a l l e n g t h a r e c o n s i d e r e d S i mp l i f y a n a l y t i c a l mo d e l a b o u t t h e l o a d c a p a c i t y o f RC c o l u mn w i t h p a rt i a l l e n g t h c o rro s i o n u n d e r e c c e n t r i c i t y l o a d i s p r o p o s e d t h r o u g h t h e t h e o r e t i c a l a n a l y s i s ，a n d t h e f e a s i b i l i t y o f t h e p r o p o s e d mo d e l i s v e r i fi e d b y t h e e x p e r i me n t r e s u l t s Ke y wo r d s ： C o r r o s i o n ； P a rt i a l l e n g t h ； E x p o s e d r e i n f o r c e d b a r ； L o a d c a p a c i t y ； RC c o l u mn 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 1 ) 0 9 4 9 0 7 0前 言 钢 筋锈蚀造成结 构破坏 的原 因主要 体现在三 个方面 ： 钢筋锈蚀造成截面减小和强度降低 ； 混凝 土保护层顺 筋开裂 、 脱落 ； 钢筋和混凝土 间的粘结 性 能退 化 。粘 结 退化对 受 压钢 筋混 凝土 柱 的影 响因 其 内在机制的复杂性 ， 使得锈蚀钢筋混凝 土柱承载 力预测较 为困难 ； 同时 ， 由于钢筋锈蚀程度和锈蚀 区段的不同， 对柱承载力 的影 响也不同【 J ， 较难用理 论公 式 来预 测 。 目前 ，对锈蚀钢筋混凝土柱承载力的研究 ， 主 要通过试验研究 ， 计算模型的研究较少。对锈蚀钢 筋 和 混凝 土 间 粘结 性 能退 化 的处 理 方 法 ， 大 多 以正 常钢筋混凝土构件抗弯承载力的计算模型为基础 ， 通过协 同工作 系数 、钢 筋锈后 的粘结 性能退化系 数 、 综合折减系数来反映粘结性能退化的影响。陈 晓 晨 等 2 1 基 于 锈 蚀 钢 筋 与 混 凝 土 的粘 结 退 化 模 型 ， 分析 了钢筋锈蚀对钢筋混凝 土柱 承载 力和破坏模 式的影 响 ， 建立 了锈蚀钢筋混凝土柱抗压承栽力 的 计算模 型。而在实 际工程 中， 构件 内钢筋的锈蚀往 往发生在局部 区域 ， 锈蚀 的程度也均不 同； 当锈蚀 率较大时 ，甚至造成混凝土保护层 的开裂和剥落 ， 且随着钢筋和混凝土间粘结性能的退化 ， 两者问的 变形也不再协调 ， 平截面假定不再成立。 基于此 ， 本文采用已建立 的局部区段 内钢筋与 基金项 目： 国家 自然科 学基金项 目( 5 0 5 0 8 0 2 0 ) 。 混凝土间完全无粘结 时， 受拉钢筋与混凝土间的应 变协调关系式 ， 并考虑局部 区段 内锈蚀纵筋 因箍 筋 锈蚀 可 能 发生 的 屈 曲破坏 ， 建 立 了局 部 区段 锈 蚀 钢筋混凝土柱的大小偏心承载力模型。并选取湖南 大学雷国强的腐蚀柱承载力实验 对模型进行 了试 验验 证 。 1 基 本理 论 1 1 材料模 型 模型 中未锈蚀钢筋应力一 应变关系表达式为 ： ：f ( 1 ) 其中 ， = ， 为钢筋的弹性模量 ，取为 2 x 1 0 N mm 。 混凝 土的应 力应变关 系为一 曲线 ，其表达式 为 ： o r 【 2 s 一 ( ) J ( 2 ) 其 中 ， 为混凝土的圆柱体抗压强度 ， 且 =0 8 ； = 0 0 02， = 0 0 03 3。 锈蚀后 ， 忽略混凝土强度 的变化的影 响； 对锈 蚀钢筋 ， 忽略钢筋锈蚀对其 弹性模量 的影 响 ， 仅考 虑锈蚀后钢筋截面面积减小 、 屈服强度的改变。考 虑均匀锈蚀的影响， 锈蚀后钢筋 的截面面积 和屈服 强度 由下式计算5 1 ： = ( 1 1 2 4 ) ( 3 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年 第 9期 混凝 土 与水泥 制 品 总第 1 8 5期 A =A D ( 1 一 W) ( 4 ) 其 中， 为未锈蚀钢筋的屈服强度 ； 为锈蚀钢筋 的屈服强度 ； 为钢筋质量损失率 ； o为钢筋的初 始截 面面 积 ； 为钢 筋腐蚀 后的截 面面积 。 1 2 未锈蚀钢筋混凝土柱 的偏心受压正截面承载 力计算 设钢筋 混凝 土柱 中对称 配筋 。受力 情 况和截 面 的等效 矩形 应 力 图分 别如 图 1 所 示 。 _， ， 卜 一 一 图 1 柱 受 力 示 意 图 对未锈蚀钢筋混凝土柱 ， 当受拉钢筋刚好达到 屈 服 强 度 e = ， 受 压 边 缘 混 凝 土 应 变 8 = 8 ： 0 0 0 3 3 ，可求 出大小偏心的分界偏心距 完 。当时 e e l捍 时 ，即 或 = ，为 大偏 心受 压 ； e e 界 时 ， 即 8 8 ， 为小偏 心 受压 。故 e = e完 时 ， 即 = 8 ， 8 = = 0 0 0 3 3时 的平 衡式 为 ： = b + 0 A 0 Am ( 5 ) e完 = b 触 ( h o - O 5 ) + 0 0 ( d 一 ) ( 6 ) 其 中 ， = 4 - e c S o ，且 = 一 ( ) (7 ) o - o = E 兰 ， 且 O s O t A 。 A 。 ( 8 ) ( e完界= 叼( e 0 + e ) + 0 5 h 一 ( 9) 其 中 ， 式 ( 9 ) 中 e 为 附加偏 心 距 ， 取偏 心 方 向截 面 尺 寸 的 1 3 0和 2 0 ram 中 的较 大值 ； e 0 为初 始 偏 心距 ； 卵 为未锈蚀柱偏心距增大系数。 1 f l | 7 7 【 ) ( 。 0 ) 式 ( 1 0 ) 中 Z 。 为 柱 的计算 长 度 ； ， = 0 2 + 2 7 e 。 h 。 ； 当 Z h L 时 变化情况。 由图 2的几何关系 、 小变形假定及大量试验数 据 ， 并取截面受压区高度为 ， 可得 ： L = 2 L 2 。 兰 三 r_ ( ) 其 中， ， J 为等效塑性 区段 长度 ； 矾为等效软化 区段 长 度 ； = F 0 0 0 2 ， e m l ： O 0 0 6 S 0 1 4锈蚀钢筋混凝土受压构件的截面尺寸 由于钢 筋 锈 蚀 产 生 的锈 蚀 产 物 町致 使 混凝 土 保护层膨胀开裂。锈蚀钢筋混凝土受压构件考虑锈 胀裂缝损伤后 的截面尺 寸计算如下式 0 ( 主要考虑 对截 面高度方 向上 的影响 ，忽略对截 宽度的影 响 ) ： 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 高向华 ， 王小惠 ， 王建涛 局部区段锈蚀的钢筋混凝土柱承载力研究 h o =h 一 O l c C i ( 1 2 ) 其中， C 为某侧的保护层厚度 ， O l 为混凝土截面损伤 系数 ，小 、大偏心受压构件中的 分别由式( 1 3 ) 、 ( 1 4 ) 给出， 式中 W为裂缝宽度 ， 单位为 mm： i 0 2 5 w W2 0 mm I Ol ， = 3 ( )c 0 0 5 w + 0 4 2 0 mm 3 0 mm J O 1 5 2 0 mm O L = 0 4 5 2 0 m m 3 0 m m 1 5 混凝土柱 中箍筋锈蚀对纵筋屈曲行 为影响分 析 混凝土柱 中锈蚀纵筋 的屈曲模 态取决于纵筋 屈 曲变型的余弦曲线所跨越 的箍筋根数 ， 若将变形 曲线跨越根箍筋 ， 纵筋压 曲模态称为 阶 ， 压 曲曲 线波长度则为 m S ， s为箍筋间距 ， 如图 3所示。 箍筋 的约束作用主要取决于其轴 向抗拉刚度。随着箍筋 锈蚀程度加重 ， 其抗拉 刚度发生退化 ， 对纵筋 的轴 向约束作用相应减弱。 运用图 3 ， 可定性的确定锈蚀 纵 向主筋的屈曲长度。 P P P 重 P P P 1 阶屈 曲模态 2阶屈 曲模态 3阶屈 曲模 态 图 3 锈蚀 纵筋的压曲模 态 19 1 1 6 暴露钢筋的屈 曲临界力 钢筋混凝 土构件 中， 当锈蚀率 比较大时 ， 锈蚀 产物极有可能致使混凝土保护层剥落 、 箍筋锈蚀严 重 ， 此时箍筋对主筋的约束作用较小 ， 主筋极容易 发生屈曲 ， 其屈曲临界力可由下公式计算： 2 ， Lr - ( 1 5 ) 4 ( ) 、 其中 为钢筋屈曲临界应力 ， E为钢筋弹性模量 ， 为钢筋的惯性矩 ； 4 ， 为受压 区单根钢筋最小截面 面积 ； 为考虑箍筋锈蚀对纵筋屈 曲影响的压曲曲 线 波 长度 。 1 7受 拉 区 钢 筋 暴露 的 钢筋 混 凝 土 构 件 中的 应 变 协调关系式 对 于局部受拉区钢筋暴露 、 钢筋与混凝土间无 粘结的钢筋 混凝 土构件 ，平截面假定 已经不再适 用 。为使问题简单化 ， 可以选择受拉区钢筋暴露 、 无 粘结区域建立变形协调条件。由文献可知 ， 对于受 两点对称集 中力的梁 ， 其应变协调式为 3 1 ： pu b ， J = C 譬 ，Jeq ， l掘 ， ， p u b = ( 1 6 ) 其 中， 曲为梁 内受拉区钢筋暴露 、 无粘结区域长度 ， 为等效塑性铰长度 ， 。 为等效塑性铰长度 内 受压区边缘混凝土最大应变 ， 为局部区段 内钢 筋 的应变 ； h o 为受拉区钢筋暴露 的钢筋混凝土构 件的截面有效高度。 此协 调式同样适 用于受拉 区钢筋暴露 的偏心 受压钢 筋混 凝 土柱 ， 其 中 ： 2 L o = 2 。警一 。 ) 2模 型 建立 对 锈 蚀偏 心 受 压钢 筋 混凝 土柱 ， 当受 拉 区 和受 压 区钢筋均暴露时 ， 受压 区钢筋承受压力 ， 近似认 为受压 区钢筋和混凝土间应变关系仍然满足平截 面假定 ， 因此 ， 其应力 主要 由屈 曲临界力 和屈服强 度 中的最小值来控制 ； 而受拉区钢筋和混凝土不再 满足平截面假定。 以受拉 区钢筋 屈服界定大小偏心 ， 设受拉 区钢 筋恰达到屈服应变时为临界情况 ， 其界限破坏时截 面的等效应力 图如图 4所示 。界限破坏时 ， 柱 的承 载力 公式 如 下 ： = b 。 + A A ( 1 8 ) Nu 8 = b ( 厂 一 0 5 ) + A ( ) ( 1 9 ) O s = rai n 。 ， ) ( 2 0 ) ： ( 2 1 ) 一4 ( a s ) e = 叼 ( 8 0 + 8 。 ) + 0 5 h a s ( 2 2 ) 其 中 为受压区钢筋 的屈 曲临界力 ， 为受压 区 钢筋的的惯性矩 ， A ， 为锈蚀受压 区单根钢筋 的最 小截面 ， 为锈蚀受压区钢筋的暴露长度 ， 为受 压区混凝土的最大剥落深度 ； 、 p由式( 7 ) 给出 ； 叼 为锈蚀柱偏心距增大系数。 式( 2 2 ) 中， 卵 主要是考虑 了纵 向弯曲的影响 ， 与 一 5】一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 9期 混凝土与水泥制品 总第 l 8 5期 b _ - | r 一一一一1 1 ， 。 图 4 锈蚀偏心 受压钢筋混凝土柱界限破坏时截面示意图 厂 与 e 。 的比值有关( ， 为侧向挠度) 。由于l厂 相对于 e 。 一 般 较 小 ， 并且 锈蚀 柱 的侧 向挠 度相 比于 未锈 蚀 柱 变化并不大 ，故锈蚀对偏心距增大系数的影响较 小 ， 在本 文 中 ， 取 叼 = r 。 式( 2 0 ) 中， 当f y 时 ， r ， 属于受压区钢 筋屈曲破坏情况 ，设受压区边缘混凝土应变 为 占 ， 则联立式 ( 2 3 2 6 ) 可求得 PC ， 代入式 ( 1 8 - 1 9 ) 可求解 出 e界 。当 ， 时 ， 受 压 区钢筋 屈服 ， ， 重新 带入式 ( 2 3 2 6 ) 町求得 ， 代入式 ( 1 8 1 9 ) 可求解 出 e 2 。 = 缆 s 8 s X +Xr ( 1 ( 2 3 ) ( 2 4) ( 2 5) L e , I =2 L o = 2 。 一 ( 2 6 ) 若 解 出 为负 数或无 解 ，说 明不存 在界 限情 况 和大偏心情况 ， 受拉区钢筋受拉并不屈服 ， 然后受 压 区钢筋就屈曲破坏了，此时只存在小偏心情况 ， 即 受拉 区钢 筋 受 拉 不 屈 服 或 受 压 而受 压 区 钢 筋 屈 曲破坏所有的偏心距均按小偏心情况进行计算。 故 由以 卜 可 知 ： 当 e P I ( 或 P 2 ) 时 ， 即 ， 受 拉 钢 筋屈 服 ， 为大偏 心受压 。 一 52 6 卜 一一 一一1 土 柳 下 _I 丁 风 当 e e l ( 或 。抖2 ) 时 ， 即 ， 受拉钢筋受拉 不屈 服或 受压 ， 为小 偏心 受压 。 2 1锈蚀钢筋7 昆 凝土柱大偏心受压 e e ( 或 e ) 大 偏心 受 压柱 的破坏 属 受拉 破 坏 ， 达 到 承 载 力 极 限状态时 ， 受拉 区钢筋必受拉屈服 ； 受压 区钢筋 有可能发生屈 曲破坏 ， 其应力主要 由屈 曲临界力和 屈服强度 中的最小值来控制 ， 其承载力计算公式如 下 ： = b + A ( 2 7 ) e = b ( 一 0 5 ) + A ( h o - a ) ( 2 8) or s = rai n ) ( 2 9) e = r ( e o + e ) + 0 5 h 一 ( 3 0) 2 - 2 锈蚀钢筋混凝土柱小偏心受压 e e ( 或 e ) 对锈蚀小偏 心受压钢筋 混凝 土柱 ，当其破坏 时 ， 远侧 钢 筋可 能受拉 ， 也 可能受 压 。设 远侧 钢筋应 力 = 0为其 临界状态 ， 即 ， = 一 ， ， 定义对应的临 界偏心距为 e 。此界限破坏时截面等效示意图如 图 5所 示 ， 运 用如 下 的公式确 定 e 小 捍 。 = b + A 一 0 ( 3 1 ) = b ( r 厂 ， - 0 5 ) + ( o - - ) o r s = ra i n ) e小 = 叼 ( e c I+ e ) + 0 5 h - a , 联 立式 ( 3 l 3 2 ) 可得 ： r一一1 n L、， 图 5 锈蚀小偏心受 柱远侧钢筋应力为零时截 面示 意图 - 叫 卜 -一 厂 一一 ( 3 2) ( 3 3 ) ( 3 4) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 高向华 ， 王小惠 ， 王建涛 局部区段锈蚀的钢筋混凝土柱承载力研究 仅 b p ( h ， ) h x ， 1 + m i ( ， ， A ， ( h 0 - a ) 小 一 b 13 ( h o - x 1 ) + m i n ( G ， f r I ) A ( 3 5 ) 式 ( 3 3 ) 中， 当 t f c r 时 ， O r s r ， ， 代入式( 3 6 ) 可 确定 e小 ； 当 时 ， Or s ， 代人式 ( 3 5 ) 可确定 e 小 2o 故 由以上可知 ， 对锈蚀钢筋混凝土柱小偏心受 压 e e 1 ( 或 e 2 ) ： 当 e e 。 ( 或 e ： ) 时 ， 为远侧钢筋受拉的小偏 心 受 压 ； 当 e e 。 ( 或 e界 ) 时， 为远侧钢筋受压 的小偏 心受压 ，此 时远侧钢筋 的应力应满足如下条件 ， 即 mi n ( ， = ， ) 。 2 2 1 远侧钢筋受拉 e e I ( 或 e 2 ) 此时 ， 中和轴距受拉钢筋很近 ， 钢筋拉应力较 小 ， 达 不 到屈 服 ， 其 截 面等效 应 力 图如 图 6所 示 。此 时柱 的承 载力 计算 公式 如 下 ： = b + 一 A ( 3 6 ) e = b ( o - 厂 0 5 。 ) + ( ) G = ra i n f 、 、 e = 7 ( e 0 + e ) + 0 5 h 一 ( 3 7 ) ( 3 8 ) ( 3 9 ) 由式 ( 3 8 ) 知 ， 锈蚀 柱达到极限状态时 ， 锈蚀柱 的破 坏 属 于 近 侧 钢 筋 受 压 屈 曲破 坏 或 受 压 达 到 屈 服破坏。 此时 ， 可先求得 ， 联立式 ( 4 0 4 3 ) 可得 or s ， 然后代入式( 3 6 3 7 ) 可求解出 和 。 鲁= ， 且 。 ( 4 0 ) s s c +X 一 。 ： 一 ho -X ,1 - X c( 4 1 ) L“ 6 c 钾 ： 2 2 。 三 。 ( 4 2 ) or , = E s ,z ( 4 3 ) 2 - 2 2 远侧钢筋受压 e e 1 ( 或 e 界2 ) e e 界 ( 或 e ) 时， 远侧钢筋受压， 构件全截面 受压。远侧钢筋的应力需 由屈服应力和屈曲临界力 中的较小值控制。截面处于极限承载状态时 ， 其等 效应 力 图 如 图 7所 示 。 由力和 力矩 平 衡 条 件 ， 可 得 锈蚀柱承载力计算公式如下 ： = b 。 + 一 ( 4 4 ) ， v “ e = b ( ， 一 0 5 ) + ( ) Or s m i n ) =E m i n r ， ) 一 一 -_ 厂一一 6 锈蚀小偏心柱受拉 区远侧 钢筋 受拉时截面示意图 卜_ 卜卜 。 。 一 ， 厂 一 一 厂 一 一 ， 一 一 ， 、一 ， 厂、 厂、一 A 。 、 、 ( 4 5) ( 4 6 ) ( 4 7) 一 5 3一 图 意 示 面 截 时 压 受 面 箴 全 柱 心 啸 小 ， ， ， 触 锈 图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 9期 混凝 土与水 泥制 品 总第 1 8 5期 ( 4 8 ) ( n s ) 其 中 ， 为远侧钢筋的屈 曲临界力。由于远侧钢筋 受 压 ， 因此其变形不大 ， 可 以近似考虑其 与混凝 土 满 足平 截面 假定 ， 即满 足式 如下 的应变 关 系 ： = ， 且 ( 4 9 ) + Xla “ 一 ( ( 厂 ， ) ( 5 0) 从式 ( 4 4 5 0 ) 可看出 ， 当锈蚀柱全截面受压时 ， 柱 的极 限承 载 力 与 近侧 受压 钢 筋 的屈 服 应 力 和 屈 曲临界 力厶r ， 、 远侧受压钢筋的应力 、 远侧受压 钢筋屈服应力 和屈 曲临界力 7 ： 均有关 ， 其最终的 决定 因素为柱两侧锈蚀 区段的长度 、 两侧锈蚀 区段 内钢筋的锈蚀率。当仅考虑钢筋混凝土柱中钢筋对 称配筋的情况 ，且假定锈蚀柱两侧钢筋锈蚀 区段 、 锈 蚀量 基本 相 同时 ， 有 ： 情形一 ： 若 e e l l 锈蚀柱达到极限承 载力 时 ， 。由对称 配筋 和锈蚀 柱 两侧钢 筋锈 蚀 区段 、 锈 蚀 量 基 本 相 同 ， 知 此 时 远 侧 受 压 钢 筋 的 应 力满足 ， 联立式( 4 4 - 5 0 ) 求解求得 和 ； 情形二 ： 若 e e界 ， f y r ， ， 锈蚀柱达到极 限承 载力时 ， 。由对称配筋和锈蚀柱两侧钢筋锈蚀 区 段 、 锈 蚀 量 基 本 相 同 ， 知此 时远 侧 受 压 钢 筋 的应 力满足 联立式( 4 4 - 5 0 ) 求解求得 和 。 3模型 试验 验证 3 1 试 验验证 湖南大学雷 国强对锈蚀 钢筋混凝土偏心受压 柱进行了多组试 验研究 ， 锈蚀柱 为双侧钢筋 同步 锈蚀 ，且 L t = 1 2 0 0 mm。试验 柱 的截 面为 h x b = 3 5 0 mm 2 5 0 mm，对称 配筋 ，钢筋屈 服 强度 为 4 3 3 9 5 4 4 0 0 0 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 Z 2 0 0 0 乏 l 5 0 0 l 0 0 0 5 0 0 O MP a 。考虑钢筋锈蚀后屈服强度的下降和截面面积 的折 减 、 根 据 上 、 下 截 面 = 的最 大 裂缝 宽 度 确 定 混 凝 土 截 面 高 度 的 损失 以及 箍 筋 锈 蚀 对 纵 筋 屈 曲行 为 的影 响 ， 运 用雷 国强试 验结 果 对 本 文建 立 的模 型 进 行 试 验 验证 。 在考 虑 箍 筋 锈 蚀 对 纵 筋 屈 曲行 为 时 ，对锈蚀率较小的柱选择了较低 的压曲模态 ， 即 n = l ； 对锈蚀率较高的柱选择 较高的压曲模态 ， 即 n = 2 。并假定试验对中精确 ， 即 e a = O 。 表 1 所示 为文献 中试验 的锈蚀柱偏心受压 承 载力试验数据 和理论模 型计算结果 的比 较结果。 经计算 ， 的均值为 0 9 8 8 ， 方差为 0 1 2 7 表 1钢筋混凝土偏心柱模型 汁算值与实测值 对比 不同偏心距下 ， 试验柱承载力随锈蚀率的变化 情 况 图 8 所 示 。 3 2 分析与结 论 0 2 4 6 8 I O 锈蚀率 图 8 各偏心距下柱承载力随锈蚀率变化情况 1 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 高 向华 ， 王小惠， 王建涛 局部区段锈蚀的钢筋 昆 凝土柱承载力研究 ( 1 ) 由图 8可知 ， 在相同的偏心距下 ， 随锈蚀率 的增加 ， 柱的承载力逐渐下降 ， 并在锈蚀率较小( o 1 5 ) 时均有突降 ， 但承载力降幅有逐渐减缓 的趋 势。同样 ， 在相近锈蚀率下 ， 随着偏心距 的增大 ， 柱 的承载力下降程度不同。 如= 4 0 、 = 7 0时， 锈蚀柱承载 力的下降相比于= 1 5 0时较 明显 ， 说明局部 区段锈蚀 对偏心距较小的偏心受压柱 承载力影响较大。当= 1 5 0时 ， 模 型计算值较实验值稍大 ， 此可理解为忽略 附加偏心距 、 试件截面尺寸偏差引起的计算 误差。 ( 2 ) 当锈蚀率较小 时 ， 箍筋对 主筋的约束作用 较大 ， 考虑箍筋锈蚀对纵筋屈曲行为影响 ， 取 ， 受压 钢筋在柱达到承载力极限时不屈曲 ， 柱破坏时变形 较大 ， 属于延性破坏模式 ； 当锈蚀率较大时 ， 箍筋锈 蚀程度也较大 ， 箍筋对主筋 的约束作用较低 ， 考虑 箍筋锈蚀对纵筋屈 曲行 为影响 ， 取 ， 柱的承载力 由 受压区钢筋 ( 对称配筋情况 ) 的屈曲临界力来决定 。 当受压 区钢筋应力达到其屈 曲临界力 ，柱即破坏 ， 此 时混 凝 土 的应 变 较 小 ， 属 于一 种 较 脆性 的破 坏 模 式。由此可见 ， 钢筋锈蚀引起粘结作用退化不仅会 影响锈蚀构件 的承载 力 ，还会影 响构件 的破 坏模 式 。 ( 3 ) 在相同偏心距下 ， 随着锈蚀率的增加 ， 锈蚀 柱的极 限承载力及压应变迅速降低 ； 试验柱 的受压 区高度减小。由此可见钢筋的锈蚀使混凝土的延性 降低 ， 脆性增加。 ( 4 ) 试 验 中 ， 1 2 0 0 i n n 局 部锈 蚀 区段 内 ， 因钢 筋 最大锈蚀量仅 1 0 9 8 ， 该区段内钢筋与混凝土问粘 结强度依然存在 ，混凝土保护层并未完全剥落 ， 对 钢筋仍有一定 的约束作用。而本文计算模 型中， 假 设局部锈蚀 区段 内钢筋与混凝土间完全无粘结 ， 混 凝 土保护层全部剥落 ，扩大 了混凝 土保护层 的损 伤 。在锈蚀率较小的情况下 ， 钢筋暴露 的延性柱模 型承 载 力 更小 。 因此 ， 用此 模 型 计算 出 的承 载 力 可 作为柱延性破坏的承载力的下限值是比较准确的。 ( 5 ) 本文所建的理论模型 中纵筋屈 曲强度的大 小与箍筋的锈蚀程度有关 。当箍筋未锈断 、 抗拉刚 度 退 化 较 少 时 ， 选 取 较 低 的压 曲模 态 ； 当部 分 箍 筋 锈 断 、 抗 拉 刚度 退化 严 重 ， 选 取较 高 的压 曲模 态 。即 随着压 曲模态 的增加 ， 柱 的承载力越来越低 ， 甚至 造成柱的破坏都属于小偏心情况 。本文中当锈蚀率 较大时 ， 压曲模态的选择过低 ， 计算值较实验值大 ， 因此 ， 可适 当的增加主筋 的压 曲模态 ， 将模型计算 值作为柱承载力的下限值 。 4结 论 ( 1 ) 采 用 已建 立 的局 部 区段 内钢 筋 与 混凝 土 间 完全无粘结时 ， 受拉钢筋与混凝土 问的应变协调关 系式 ， 并考虑局部区段内锈蚀纵筋 因箍筋锈蚀 可能 发生的屈 曲破坏 ， 建立了局部区段锈蚀钢筋混凝土 柱 的大小偏心承载力模 型， 并对模型进行 了试验验 证 。验 证 结果表 明了模 型 的可行性 。 ( 2 ) 由于现 阶段 ， 腐蚀后局部无粘结柱 的承载 力实验较少 ，很难找到完全符合本文模型的实验 ， 因此 ， 模型所提供的公式只能作为实验 的计算下限 值 ， 无法直接评估实验承载力计算值 。 ( 3 ) 本文计算模型 中忽略 了局部区段 内锈蚀钢 筋和混凝土间粘结退化 、钢筋坑状锈蚀的影 响， 考 虑锈蚀钢筋和混凝土间粘结的退化 、 钢筋坑状锈蚀 较严重等 因素影 响的局部 区段锈蚀柱偏心承载力 模型的研究 ， 还有待进一步深入。 参 考 文 献 ： 1 Wa n g X i a o H u i Wa n g ， L i a n g F a Y u n P e r f o r ma n c e o f R C c o l umns wi t h p a r t i a l l e ng t h c o r r o s i o nNuc l e a r En g i n e e r i ng a nd D e s i g n ， 2 0 0 8 ， 2 3 8 ( 1 2 ) ： 3 1 9 4 3 2 0 2 2 陈小 晨 ， 刘西拉 ， 宋 晓冰 锈蚀钢筋 混凝 土柱的计算 模型 上海交通大学学报 ， 2 0 0 8 ， 4 2 ( 6 ) ： 9 8 5 9 8 8 3 Wa n g X i a o H u i ， L i u Xi L a P r e d i c t i n g t h e fl e x u r a l c a p a c i t y o f R C b e a m wi t h p a r t i a l l y u n b o n d e d s t e e l r e i n f o r c e me n t C o rn p u t e r s a n d c o n c r e t e ，A n I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l ，2 0 0 9 ，6( 3 ) ： 2 3 5-2 52 【 4 】 雷 国强锈蚀钢筋混凝土偏心受压柱承载力试验研究 DI 湖南 ： 湖南大学土木工程学 院 ， 2 0 0 7 【 5 】 王小惠 锈蚀钢筋混凝 土梁 的承 载能 力 D 上 海 ： 上海交通 大学船舶海洋与建筑工程学院 ， 2 0 0 4 6 】 D a n i e l 1 J E ， O e h l e r s D G r i f f i t h M C ， e t a 1 T h e s o f t e n i n g r o t a t i o n o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e me mb e E n g i n e e ri n g S t r u c t u r e s ， 2 0 0 8 ， 3 0( 1 1 ) ： 31 5 9 - 3 1 6 6 7 】H o J。 C M，K w a n A K H ，P a m H J Mi n i m u m fl e x u r a l d u c t i l i t y d e s i g n o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e b e a ms Ma g a z i n e o f C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 4 ， 5 6 ( 1 ) ： 1 3 - 2 2 【 8 】 徐善华 混凝土结构退化模 型与耐久性评估 西安 ： 西安 建 筑科 技大学博 士学位论文 ， 2 0 0 3 9 蒋凤 昌， 朱慈勉 混凝土 柱 中箍筋锈 蚀影响纵筋 压曲行为 分析 东南大学学报 ， 2 0 0 8 ， 3 8 ( 2 ) ： 2 7 9 2 8 2 【 1 0 T a p a n M，A b o u t a h a R i y a d S S t r e n g t h e v a l u a t i o n o f d e t e r i o r a t e d RC b ri d g e c o l u mn s J o u r n a l o f B r i d g e En g i n e e ri n g ， 2 0 0 8 ，1 3 ( 3 ) ： 2 2 6 2 3 6 收 稿 日期 ： 2 0 1 1 0 7 1 5 作者简介 ： 高向华 ( 1 9 8 4 一 ) ， 男 ， 在读硕士研究生 。 通讯地 址 ： 上海 闵行 区东 J I f 路 8 0 0号 ， 上 海交通 大学土 木 工 程 系 B0 9 01 0 9 5班 联系电话 ： 1 3 9 1 7 5 9 6 8 7 2 E ma i l ： t i g e r 8 7 0 1 1 8 1 2 6 c o m 一 5 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m