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5 8 低温建筑技术 2 0 1 0 年第 5 期( 总第 1 4 3 期) 箍筋锈断的钢筋混凝土柱承载力研究 王文焘 ， 蒋凤昌 ( 1 同济大学 土木工程学院 。 上海2 0 0 0 9 2 ； 2 同济大学 江苏一建博士后工作站 。 江苏泰 州2 2 5 3 O 0) 【 摘要】 用外加电流对钢筋混凝土柱内纵向钢筋进行了快速锈蚀试验。针对局部箍筋锈断而影响锈蚀钢 筋混凝土柱的承载力这一因素， 并考虑纵筋锈蚀率和混凝土截面锈损两个因素对柱承载力的影响， 设计制作了2 o 根钢筋混凝土试验柱， 用以研究轴心受压、 小偏心受压和大偏心受压锈蚀钢筋混凝土柱承载力的降低规律。 【 关键词】 锈蚀； 钢筋混凝土柱； 箍筋锈蚀； 承载力 【 中图分类号】 T U 3 7 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 【 2 o 1 O ) 0 5 0 0 5 8 0 2 E XPE R n NTA I s - r U DY oN L 0AD CAP ACY 0F C 0RR oDE D RE ) 】 ： ED C0NCRE TE OOI ，I S AF F ECI ED BY S 哏姗C0RROS 1 0N W A N G W e n ta o ， J I A N G F e n g c h a n g ( 1 C o U e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， T o n g j i U n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ，C h i n a ； 2 T o n g j i U n i v e r s i t yp o s t P h D Wo r k S t a ti o n s o f J i a n g s u N O 1 C o n s t ruc t i o n C o r p o r a ti o n ， J i a n g s u 2 2 5 3 0 0 ，C h i n a) Ab s t r a c t ： Ac c e l e r a t e d c o r r o s i o n t e c h n i q u e w a s p e r f o r me d o n t h e t e n s i l e o r c o mp r e s s i v e l o n g i t u d i n a l s t e e l o f th e r e i n f o r c e d c o n c r e t e( R C )c o l u m n s T a k i n g s ti r r u p c o r r o s i o n ， l o n g i t u d i n a l s t e e l c o r r o s i o n a n d t h e l o s s o f s e c ti o n a l a r e a o f c o r r o d e d r e i n f o me d con c r e t e c o l u mn s i n t o a c c o u n t ， t h e l o a d c a p a c i t y o f c o r r o d e d RC col u mn s w a s d e c r e a s e d T o s t u d y t h e p e rf o r ma n c e o f a x i a l c o mp r e s s i v e a n d e c c e n t ri c c o mp r e s s i v e cor r o d e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o l u n l n s ，we h a d ma d e t w e n t y r e i n f o r c e d co n c r e t e col mmm Ke y wo r d s ： c o r r o s i o n ；r e i n f o r c e d c o n c r e t e col u mn ；s t i r r u p c o r ros i o n；l o a d c a p a c i t y 现阶段， 对锈蚀混凝土柱承载力的研究大多集中 于试验研究L 1 - 4 且其中假设锈蚀柱内的纵向钢筋全长 锈蚀 ， 而 对 于 考 虑 箍 筋 锈 蚀 ， 甚 至 锈 断 的 影 响 不 够L l - 3 J 。而实际工程中的钢筋混凝土构件中箍筋锈蚀 后直径变细， 甚至存在箍筋锈断导致构件中箍筋布置 状况不符合 G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ( 混凝土结构设计规范 的 要求。然而， 其 中箍筋锈而未断最为常见， 此时纵筋所 受侧向约束作用减弱。致使纵筋未达到全截 面屈服 便发生屈曲破坏 、 承载力降低。通常柱子钢筋锈蚀是 从箍筋 开始 ， 且箍 筋锈 蚀 比纵筋更 为严 重u J ， 因此在 既有混凝土柱剩余承载力评估中不容忽视箍筋锈蚀 影响纵筋压屈行为的现象。本试验为既有混凝土柱 剩余承载力评估提供了参考依据。 1 试件 和试验 方法 1 1 试件设计与制作 试验制作 2 0 根钢筋混凝土柱进行承载力试验， 其 中 5 根为轴心受压柱， l 5根为偏心受压柱。在试件设 计时， 考虑锈蚀钢筋混凝土柱承载力的 3 个主要影响 因素： 纵向钢筋严重锈蚀 、 混凝土截面锈胀损伤和局 部箍筋锈断。前两个影响因素可以采用电化学加速 锈蚀的方法实现， 在浇筑试件前预埋电线即可。第三 个影响因素可通过设计不同的箍筋间距实现。箍筋 间距可设计为 1 0 0 、 2 0 0 、 4 0 0 、 8 0 0 m m四种试件。 1 2 试件电化学加速锈蚀 为了使纵筋能顺利进行 电化学加速锈蚀， 在每根 纵筋两端均焊接一根长 4 0 0 m的电线 ， 焊接接头用环 氧树脂包裹， 以避免钢筋锈蚀导致电线脱落， 引起电 化学加速锈蚀意外中断。为了避免纵筋通电时， 引起 箍筋锈蚀 ， 并导致电流损失 ， 在箍筋的直角处均裹以 绝缘胶布并涂上环氧树脂予以绝缘， 并且采用带有塑 料外壳的电线绑扎纵筋和箍筋。在柱两端的箍筋表 面刷环氧树脂， 以防其在散杂电流的作用下锈蚀。 通过法拉第定律初步确定钢筋平均截面锈蚀率 ， 电流密度大小控制在 l 0 n 胁2 左右。在电化学锈蚀 过程中， 当电流发生漂移时， 应及时调整到设定状态； 定期检查电线接头， 防止意外锈断； 混凝土柱出现锈 胀裂缝后， 定期记录裂缝宽度及发展情况。 1 3 试件加载 王文焘等： 箍筋锈断的钢筋混凝土柱承载力研究 5 9 表 I 混凝土柱设计 号 嬲 褪 言 号 嬲 椐 A O ) I6 1 0 0 对比 柱 E 一 2 l o o 对比柱 轴 A C 1 i o o 0 - 3 0 E C I 一 2 4 6 1 C 0 O 一 3 0 压 A C 2 柘 2 0 0 0 3 o E ( 2 2 畅 2 0 0 0 一 3 0 柱 A C 3 4 o o 0 5 0 偏 F 3 2韬 4 0 0 0 5 0 A C 4 柘 8 0 o 0 。 5 0 E c 4 2 帖 8 0 0 0 - 5 0 压 黝 一 l 6 I t 0对比 柱 B 一 3 I C 0 对比柱 偏 E c 1 一 I 1 0 0 O 一 3 0 柱 F C I 一 3 e1o o O 3 0 压E 晓一 I 帖 2 0 0 O 3 0 E C 2 3 4 6 2 0 0 0 一 3 0 柱 D C 3 一 I l I6 4 0 0 0 5 0 E C 3 3 拓 4 0 0 O 一 5 0 E G 4 一 l 帖 8 0 D 0 一 5 0 E C 4 3 幅 8 0 D 0 一 5 0 注 ： 试 件 截 面 为 2 0 0 ra m 2 q ) I m n ， 混凝 土 标 号 C 2 0 ， 保护 层 厚 2 0 m m ； 纵筋4 垂 1 6 ， 全部受压钢筋配筋率 1 6 0 8 ； 石子最大粒径为： 2 0 m m ， 中粗砂， 4 2 5 普通硅酸盐水泥； 偏心距 e = O 2 h 0 = 4 6 n m a ； e = 0 4h o 9 2ram； e=0 6h o 1 3 8 r t m a 。 采用 2 0 0吨液压千斤顶的自平衡反力架， 采用 3 台I S 8 6 0型应变仪分别采集应变片、 位移计和荷载传 感器的数据。通过预估锈蚀率估计柱的极限承载力， 初步制定加载制度 ， 在荷载加到柱的屈服荷载之前以 分级加荷载制度控制， 并在每级荷载之间停留一段时 间， 观察试验现象， 记录受力裂缝。当钢筋应变接近屈 服应变时， 采用连续加载直至柱破坏。柱侧拉面布置 5 个位移计， 以测量柱的挠度 ； 柱顶和柱脚各布置 1 个 位移计， 以测柱沿纵向的位移变化情况 ； 柱受拉、 受压 处均粘贴应变片以测其应变随荷载变化的情况。 2 试验结果 试验获得的 2 0根柱的荷载 一纵向位移关系曲线、 1 5 根偏心受压柱的荷载 一挠度关系曲线、 1 5 根偏心受 压柱跨中截面混凝土表面的应变分布曲线和 2 0根试 验柱的 一相关曲线。试验结果表明： 随着柱的锈 损状况加重， 其剩余承载力降低较大 ， 锈蚀柱达到极 限承载力时， 承载力陡然下降， 呈现脆性破坏特征 ； 试 验柱的抗弯刚度也随着其锈损状况加重而发生退化； 一 相关曲线随着柱锈损而内移； 跨中截面混凝土 表面应变在平均意义上仍符合平截面假定， 仅在锈胀 裂缝较宽部位， 混凝土保护层的应变较小 ， 说明锈胀 严重部位的混凝土保护层已几乎不参与承载 ， 在估算 柱子承载力时， 应考虑混凝土截面锈损的影响。 3结语 ( 1 ) 比较好的验证了文献f T 提出的锈蚀纵筋压 屈模态与剩余承载力之间的关系 ， 从而可根据箍筋锈 蚀率判断纵筋压屈载力。 ( 2 ) 对于模拟箍筋失效的锈蚀钢筋混凝土柱， 由 1 2 0 0 Z 8 0 0 挺 枷 0 O 2 4 6 8 1 0 1 2 l 4 1 6 1 8 2 0 图 1 轴心受压柱 ( 0 )的荷载一 纵向位移关系 1 2 0 0 Z 8 0 0 稼 4 O O 0 O 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 l 6 1 8 2 0 图 2 小偏心受压柱 ( e ； 4 6 )的荷载 一纵 向位移关系 图 3 大偏心受压柱 ( e =- 9 2)的荷载 一纵向位移关系 。 叶二 ： =二 =二 二 =二 二 二 二 I l 一 一 l 枷I 堙刭 。 图 4 - C i 磴压柱 ( e =】 3 8)的荷 载 一纵 向位 移 綦 1 2 a 0 8 之。 O4 0 图 5 锈蚀前后钢筋混凝土试验柱的 f - 相关曲线 比较 于缺少侧向约束而导致其纵筋的屈曲极限的降低， 使 ( 下转第6 8页) 低温建筑技术 2 0 1 0 年第 5 期( 总第 1 4 3 期) 式表示为： ： 6 o ( + ) 同样对试验数据按照同样的方法进行线性拟合 ， 拟合的结果为： m=1 1 2 8 7 ， ：一O 0 0 0 1 ， 相关系数 R ：0 9 6 4 1 ， 如图2 所示。 将 m、 k 分别折减 1 0 。 折减后 得 m=1 0 1 5 8 3 ， 后=一 0 O O O O 9 ， 故 2 W型开口型压型钢 板 一混凝土组合板的剪切粘结承载力计算公式为： ： 丁 1 0 1 5 8 3 p h o O O 0 0 0 9 f ,b h o 一 一 图 2 2 W 型以 表示的试验回归拟合线 用同样的试验 和分 析方法 可 以得 到 3 W 型和 B O N D E C K型组合楼板的剪切粘结承载力计算公式 ： 3 型 ： 彘= 丁137 0 7 p h o 一 。 o 16 83f , ： ： 下 2 4 5 5 3 8 p h o+0 0 7 5 8 7 B O N D E C K_b h ： o 一+o o 7 5 8 7 A 4结语 ( 上接第5 9页) 柱承载力降低比较明显。通过锈蚀钢筋压屈承载力降 低系数来估计正截面轴心受压极限承载力。试验结果 很好 的验证 了以下推导 出的公式 ： ， ， = ( A 。 + ， A 。 ) 式中， 为柱轴向受压承载力估算设计值； 为锈 蚀钢筋混凝土柱的稳定系数； k 为本文提出的锈蚀钢 筋压屈承载力降低系数， 取 |i = f , ； 为混凝土轴 心抗压强度平均值； A 为考虑锈胀几何损伤后柱的有 效截面面积； ， 为锈蚀钢筋抗压强度平均值 ； A 。 为 受压区全部纵向钢筋锈后截面剩余面积。 参考文献 1 杨亚东 钢筋腐蚀混凝土构件的性能退化与可靠性分析 D 西安： 西安建筑科技大学土木工程学院， 2 O 0 0 2 李荣 钢筋混凝土构件钢筋锈蚀后正截面承载力的试验研究 D 北京： j E 京冶金工业部建筑研究总院， 1 9 9 6 ( 1 ) 闭口型压型钢板的组合楼板有较高的剪切 粘结承载力， 且延性较好， 可用于工程的承重构件。 ( 2 ) 组合楼板的破坏 ， 受剪跨的影响比较明显 ， 长剪跨受弯曲控制 ， 短剪跨受剪切粘结控制。剪跨 比 越大延性越好， 反之则越差。组合楼板剪切 +粘结强 度与压型钢板的面积呈线性关系而与强度无关 ， 取决 于混凝土与压型钢板的粘结力。 ( 3 ) 本试验 中未设置剪力栓钉， 特别是对开口型 组合楼板应设置剪力栓钉。在实际应用中， 一般压型 钢板通过剪力栓钉与钢梁固定， 可提高组合楼板的剪 切粘结承载力， 使得结构有更高的安全储备。 参考文献 1 A N S I A S C E B一9 1 ， S t a n d a r d f o r th e S m J c m ml D e s i g n o f C o n o t e S l a b s S 2 詹建敏， 吴沿海 压型一 钢板混凝土组合楼板剪切粘结承载力 试验研究 J 福建建筑， 2 O 0 2 ， ( 3 0 ) ： 2 7 3 0 3 聂建国， 易卫华， 雷丽英 闭12 1 型压型钢板 一混凝土组合楼板 的纵向受剪性能 J 工业建筑， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 1 2 ) ： 1 5 一l 8 4 孙荣华。 陈世鸣 钢与混凝土组合楼板的纵向抗剪分析 J 华 东工业大学学报 ， 1 9 9 7 ， 1 9 ( 3 ) ： 1 0 61 1 0 收稿 日 期 2 0 1 0 0 1 1 2 作者简介 高翔( 1 9 8 2 一) ， 男， 陕西成阳人， 工学硕士， 从事 土木工程专业。 3 王小惠， 梁发云， 刘西拉 局部区段锈蚀的钢筋混凝土柱承载 力试验研究 J 上海： 上海交通大学学报， 2 O O 9 ， ( 6 ) ： 9 9 9 1 0 0 4 4 - R o d r ig u e z J， O r t e g a L M， C ma l J L o a d b e I l g c a p a c i t y o f c o n c r e t e c o l u m s w it h c o r r o d e d r e i n f o r c e m e n t C c 0 口 0 s i m R e i n f o m e m m t in C o n e I t eCo n s t mc t i o n I A Ild o I I ：Or e A nlp a n d P 8 ， 1 9 9 6：2 2 0 2 3 0 5 雷国强 锈蚀钢筋混凝土偏心受压柱承载力试验研究 D 湖 南 ： 湖南大学土木工程学院， 2 O O 7 6 商登峰 锈蚀钢筋混凝土梁受弯性能研究 D 上海： 同济大 学土木工程学院， 2 O O 5 7 蒋凤昌， 朱慈勉 混凝土柱中箍筋锈蚀影响纵筋压屈行为分析 J 南京： 东南大学学报， 2 O O 8 ， ( 3 ) ： 2 7 9 2 8 2 8 张誉， 蒋利学， 张伟平， 等 混凝土结构耐久性概论 M 上海： 上海科学技术 出版社 ， 2 0 0 3 收稿日期】 2 O 0 9 0 3 1 9 作者简介 王文焘( 1 9 8 3 一) ， 男， 山西太原人， 研究生， 研究方 向： 结构分析。