盐冻环境下钢筋混凝土梁抗弯性能仿真分析.pdf

第 3 4卷 第 2期 2 0 1 2年 4月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f Ci v i l ，Ar c h i t e c t u r a l En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g Vo 1 3 4 NO 2 Apr 201 2 盐 冻环境 下钢 筋混凝土 梁抗弯性能仿真分析 徐 港 ， 谢 晓娟 ， 艾天成 ， 王 青 ( 三峡大 学 土木与建筑学院 ， 湖北 宜昌 4 4 3 0 0 2 ) 摘 要 ： 采用数值模拟技术 同时考虑到混凝土力学性能及钢筋混凝土粘结性能受盐冻融作用的损 伤 ， 对 经历 不 同盐冻 融循 环次 数后 钢 簏混凝 土 梁 的抗 弯性能进 行 了非线性 分析 ， 研 究 了其抗 力 性 能 受盐 冻 融循环 作 用的 影响规 律 。 结果 表 明 ： 盐 冻 环境 下梁 抗 弯性 能退 化 的主要 原 因是 由于 混凝 土 力 学性 能的降低 ， 而粘 结性 能退 化 对梁抗 力性 能 的影 响并 不显 著 ； 盐冻 融作 用达到 一 定程 度后 钢 筋 混凝 土梁 的破坏 类 型会发 生改 变 ， 将 由适 筋破 坏 转换 为超 筋破 坏 ； 梁端锚 固 区粘结 性 能 的冻 融损 伤 对 梁抗 力性 能 有一 定程度 的影 响 ， 尤其 当冻 融程度 较 严 重 时 ， 梁的 承 载 力较 锚 固衷 好 时 约有 4 左 右 的 降幅 。 关 键 词 ： 钢 筋 混凝 土 梁 ； 盐 冻 ； 承 裁 力 ； 仿 真 分析 中图分 类 号 ： TU3 7 5 1 文 献标 志码 ： 文章 编 号 ： 1 6 7 4 4 7 6 4 ( 2 O 1 2 ) 0 2 0 0 6 3 0 6 S i m u l a t i o n An a l y s i s o f Fl e x u r a l Pe r f o r ma nc e o f Re i n f o r c e d Co n c r e t e Be a m i n S a l t f r o s t En v i r o n me n t XU G a n g，XI E Xi a o - j u a n，AI T i a n c h e n g，WAN G Qi n g ( C o l l e g e o f Ci v i l En g i n e e r i n g & Ar c h i t e c t u r e ，Ch i n a Th r e e Go r g e s Un i v e r s i t y ，Yi c h a n g 4 4 3 0 0 2，Hu b e i ，P RChi na ) Abs t r a c t ： Co ns i de r i ng t h e d a m a g e of c on c r e t e me c ha n i c a l p r op e r t i e s a nd b o nd i ng b e h av i or be t we e n t he s t e e l ba r a nd c on c r e t e a f t e r t he f r e e z i ng a n d t h a wi n g f u nc t i on i n t he nume r i c a l s i m u l a t i o n，t he no nl i ne a r a n a l ys i s O i l f l e xur a 1 pe r f or ma nc e of r e i n f o r c e d c on c r e t e be a m whi c h e xp e r i e n c e s di f f e r e nt s a l t f r o s t c yc l e s i s c ond uc t e d，a n d t h e e v ol ut i on l a w o f r e s i s t a n c e p e r f o r ma n c e o f r e i n f o r c e d c o nc r e t e be a m i S s t ud i e d I t i S s hown t h a t ，i n t he s a l t f r o s t e nv i r o nm e nt ，t he de c r e a s e of c o nc r e t e m e c h a ni c a l p r op e r t i e s i S t h e ma i n r e a s o n t h a t C a U S e S t h e d e g e n e r a t i o n o f RC b e a m o n f l e x u r a l p e r f o r ma n c e ，wh i l e t h e r e d u c t i o n o f b o n d i n g p r o p e r t y h a s a n u nob v i o us e f f e c t o n t he b e a m r e s i s t a nc e p e r f o r m a nc e W he n t h e s a l t f r os t c y c l e s r e a c h a c e r t a i n l e ve l ，t h e b e a m f a i l u r e pa t t e r n wo ul d c ha n ge f r om t he u nd e r r e i nf or c e d f a i l ur e t o o v e r r e i n f o r c e d f a i l ur e The f r e e z e t ha w d a ma ge o f bo nd i n g pr o pe r t y i n t he be a m e n ds a nc ho r a ge z o ne ha s a c e r t a i n e f f e c t on t he b e a m r e s i s t a nc e be h a v i o r，e s pe c i a l l y f or t he m o r e s e r i ou s f r e e z e t ha w d e g r e e，t he r e s i s t a n c e pe r f or ma nc e o f t h e be a m r e du c e s a b ou t 4 t ha n t he pe r f e c t a nc ho r be a m Ke y wo r d s： r e i nf or c e d c o nc r e t e be a m ；s a l t f r o s t ；b e a r i ng c a pa c i t y；s i mul a t i on a na l y s i s 寒 冷地 区 撒 除 冰盐 的道 路 、 桥 梁 以 及 海 边 建 筑 物 经 常会遭 受 到 非 常严 重 的盐 冻 破 坏 ， 盐 冻 循 环 作 用 是影 响 钢 筋 混 凝 土 结 构 耐 久 性 的 主 要 因素 。 目 前 ， 国内外学者在材料层 次上就盐冻作 用后混凝 土 力 学性 能 变化规 律 已进 行 了较 为 广 泛 的研 究 ， 并 取 得 了一 定成 果 ， 但 是 在构 件 层 次 上 对 盐 冻 环 境 下钢 筋 混凝 土构 件抗 力性 能劣 化 规律 的研 究 较少 引， 尤 其是考虑盐冻融作用对混凝土的力学性能及其与钢 收 稿 日期 ： 2 0 1 1 一 O 8 3 O 基金项 目： 湖北省 自然科学基金计划创新群 体项 目( 2 0 1 0 C D A0 7 6 ) ； 高速铁路建造 技术 国家工程 实验 室开放 基金 ； 湖北 省 教 育厅科学研究计划重点项 目( D 2 o 0 9 1 3 1 o ) 作者简介 ： 徐港( 1 9 7 4 一 ) ， 男 ， 博 士( 后 ) ， 主要从 事混凝土结构耐久性研究 ， ( E ma i l ) p o s t x g 1 6 3 C O F I 1 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第3 4 卷 筋 粘结 滑移 性能 损伤 共 同导致 构件 抗力 性 能劣 化方 面 的研 究更 鲜见 报道 。考 虑到 现有 冻融 试 验设 备 的 局 限性 ， 尚难 以通 过 试 验 手 段 对 大 尺寸 混 凝 土 构 件 进行 冻 融试验 ， 为此本 文采用 数 值仿 真方 法 ， 并 考虑 到盐冻 作用 后混凝 土力 学性 能退 化 和钢 筋 与混 凝 土 粘结 滑移 性 能 的 劣 化 ， 利 用 有 限元 软件 D I ANA 对 经受不同盐冻融循环次数作用后钢筋混凝土梁的受 弯性 能 进行 了数 值 模 拟 ， 探 究 了随盐 冻 融 次数 增 加 混 凝土 梁抗 力性 能 的演 变规 律 ， 以期 为相 应环 境 下 混凝土结构安全评估和耐久性设计提供参考 。 1 仿真分析模 型 1 1基本参 数 依据实 验室 已浇筑 试验 梁尺 寸 、 配筋 等 参数 ， 如 图 1 ， 建 立仿 真分 析 模 型 ， 如 图 2 。梁材 料 力学 性 能 如表 1 。仿真分析时为了避免应力集 中的影响 ， 在 支 座和集 中荷 载 处 设 置 刚性 垫 块 ， 通 过 共 节 点 使 垫 块 与混 凝 土位 移协 调 。试 件 采 用 位 移 加 载 ， 加 载 方 式与 物理 实验方 法相 同采用 四点 弯 曲 ， 三分 点加 载 。 图 1 试 验 梁 配筋 图 2 钢筋混凝 土梁有 限元模型 表 l 混凝 土配合 比及材 料力学性 能 1 2本构 模 型 1 2 1 材 料 本 构 模 型 混 凝 土受 拉 本 构 采 用 Ho r d i j k 软 化 模 型 ，混 凝 土 受 压 本 构 采 用 Th o r e n f e l d t 模 型 4 ， 裂 缝模 型 采用 全应 变旋 转裂 缝 模 型 。模 型 所 需 混 凝 土 断 裂 能 值 由 C e b f i p Mo d e l C o d e 1 9 9 0 建议的公式 ， 如式 ( 1 ) 计算 ； 混凝土断裂 带宽值 ， 根据文献 6 按式( 2 ) 计算。 G I 一 f ( 1 ) L = , 5 ( 2 ) 式 中 ： S 一1 0 MP a ； Gf。 根据 最 大骨 料 粒径 ( d ) 选 用 ， 本文 取 d 一1 6 r 1 m， A 为 有 限元 网格 中一 个单 元 的面积 。 钢筋 采用了 Vo n Mi s e s双线 性理想 弹塑 性模 型 ， 如式 ( 3 ) 、 ( 4 ) 。 一 E S y E ( 3 ) d 一 S $ E ( 4 ) 式中： 、 e E 分别为钢筋的应力、 应变、 弹性模 量和 屈服 强度 。 1 2 2 粘 结滑 移本 构 模 型 徐 有 邻 对 钢 筋 与 混 凝 土 的粘 结锚 固性 能 进行 了较 为 系 统 的研 究 ， 相 关 研究成果 已被广泛采用 ， 因此本文采用文献 7 给出的五段式粘结滑移曲线作为钢筋混凝土基准粘 结滑移本构 。文献 1 1 1 2 研究表 明混凝土构件经 盐冻融循环作用后， 不仅7 昆凝土强度降低， 钢筋与混 凝 土的粘结强度也将发生退化 。而文献 1 3 1 4 通 过试 验研究 还 发 现 ， 相 同粘 结 应 力 时 的 滑 移 量 随 着 冻融次数的增加而增大 ， 且文献 1 4 通过对试验数 据 的拟合 分析 ， 建立 了与冻融 次数 、 粘结 强 度 相关 的 滑移量计算表达式 ， 如式 ( 5 ) ， 由此可基于对基准粘 结 滑移本 构 中特征 滑移量 的修 正得 到 不 同盐 冻融 循 环 次数后 的 粘结滑 移关 系 曲线 ， 如 图 3 。 S( r ， )一 f( r ， n )s 。 ( 5 ) 式 中 ： S ( r ， n ) 为 ”次冻 融作用 后 粘结 应力 为 r时 的 滑移 ； _厂 ( ， )为 n次冻融作用后粘结应力为 r时相 对于 未冻 试 件 钢 筋 滑 移 的变 化 函 数 ， 可 由 式 ( 6 ) ( 8 ) 确定n ； S 。 为未冻时钢筋的滑移 ， 可由基准模型 确定 。 L厂 ( r ， 5 0 )一 1 0 8r ， r 4 5 MPa ； 厂 ( z ， 5 O )一 6 4 3 5 3 e 。 ， r 4 5 M Pa ( 6 ) f( r ， 7 5 )一 2 0 3r ， r 4 5 MPa ； _， ( r ， 7 5 )一 1 6 4 1 e ， 4 5 M Pa ( 7 ) ( r， 1 0 0)一 5 9 4 r， r 4 5 M Pa； ( r， 1 0 0)一 8 76 3 3e _ 。 ， r4 5 M Pa ( 8 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 徐港 ， 等 ： 盐 冻环境 下钢 筋混凝 土 梁抗 弯性 能仿 真 分析 窆 型 螺 囊 O 粘 绱 辩 移 mr , 圈 3不 同盐冻 融循 环次 数后的粘结一 滑移 曲线 1 3单 元 的选 用 仿 真 模型 中 ， 混凝 土 视 为各 向 同性 材 料 ， 采用 8 节 点等 参 四边形 的平 面应 力 单元 C Q1 6 M 模 拟 混 凝 土 ； 纵 向受拉 钢 筋采 用 L 2 TR U 单 元 模 拟 ， 并 通 过 杆 单元 截 面 的变化 和 强度条 件来 模拟 不 同截 面面 积 和 不 同强 度 的钢 筋 ； 箍 筋 与架 立 筋 采 用 埋 入 式 钢 筋 单 元 ， 即认 为其 与混 凝 土粘结 完好 ； 钢 筋 与混 凝 土之 间 的粘 结 滑移采 用 4节 点线 性界 面单 元 L S I F模拟 ， 该 单 元 由两 条线 组成 ， 是 一种无 厚度 的界 面单元 。 l1 4 混凝 土力 学性 能指 标 的确定 文献 1 5 通过试验较系统地研究 了水冻作用对 混 凝 土轴 心抗 压 强 度 的影 响 规 律 ， 得 到 了混 凝 土峰 值应力与冻融循环次数之间的关 系表达式 ： J _ _ c D 一 一 1 2 o o N ( 9 ) c ( ) 式 中 ： 厂 。 。 为冻 融 后 混 凝 土 的棱 柱 体 强 度 ； 。 为 冻 融 循 环 前 混 凝 土 的 棱 柱 体 强 度 ； N 为 水 冻 融 循 环 次 数 。 盐冻环境下混凝士破坏较水冻更加严重 ， 相同 次数 下 的损 伤 也 更 大 ， 故 盐 冻 次数 与水 冻 次 数 并不 等效 。鉴于此笔者基于文献 1 6 - 1 7 试验数据并经 试 验 验 证 ， 建 立 了 盐 冻 作 用 后 混 凝 土 强 度 退 化 方 程 ， 得到混凝土强度受盐冻与水冻作用次数间换 算关系式 ， 如式( 1 0 ) 。 N 一 N l 一2 5 ( 1 0) 式 中： N 为水冻次数 ； N 为盐 冻次数； 入为盐冻 与 水冻 的等效 系数 ； 即 1 次 盐冻 相 当于 2 5次 水冻 。 综 上 ， 在 已 知 混 凝 土 初 始 强 度 条 件 下 ， 通 过 式 ( 9 ) 和式 ( 1 0 ) 即可求 得 不 同盐 冻作 用 次数 后 试 验 梁 的混 凝 土 立 方体 抗 压 强度 平 均值 ， 如表 2 ， 而盐 冻 融 循 环 作用 后 混凝 土 的弹性 模量 ， 假 设仍 满 足 现行 混 凝 土 结构 设 计规 范 公 式 ， 如式 ( 1 4 ) ， 可 由相 应冻 融循环次数后的立方体抗压强度标准值求得。 E 一 ( 11 _ ， ， 式 中： 厂 。 为混凝土抗压强度标准值。 表 2混凝土立方体抗压强度值 由于混凝 土 热 传 递 的影 响 ， 混凝 土 表 面 与 内部 之 间存 在着 一定 的温差 ， 内部 温度 较 表 面变 化小 这 就造成混凝土的冻融损伤内外并不均匀。文献 i s 给 出 了混 凝土 冻 结 温 度 与混 凝 土 冻 融 破 坏 的关 系 ， 结果 表 明温差越 大 ， 破坏越 严 重 ， 试件 内外 损伤 并 不 一 致 。李 金玉和 曹 建 国l 1 叼的研 究 也认 为 ，混凝 土 的 冻融破 坏不 仅与 冻融循 环 次 数有 关 还 与冻 结 温度 有关。以上研究说 明混凝土试件内部局部强度与整 体 强度存 在 较大 差 异 。为此 ， 在 仿 真分 析 时 尚需 考 虑 冻融作 用后 混 凝 土 强度 分 层 退 化 的 影 响 ， 以便 更 加真 实 的反映 混凝 土梁遭 受盐 冻融 破坏 的特 点 。 文献 1 5 假设冻融循环作用试件表面温度 的变 化 为 简谐 波形式 ， 如 下式 ( 1 2 ) ， 并 通过 分 离 变量 的方 法 得到 了温度 场 的表 达 式 ， 推 导 出混 凝 土 中 的 温度 分 布 ， 如 式 ( 1 3 ) 。 9一、 ( 0 ， ) 一 T +A C O S f ) ( 1 2 ) 、 c ， 一 + A w ,d C O S ( 等 一 ) ( 1 3 ) 式 中 ： O ( d， ) 为试 件 内距 表 面 深 度 为 d处 的温 度 ； f 为 时 间 ； 为 平 均 温 度； A ， a ： n w x p ( 一 ) ； c A 为 构件 表面 的温度 波振 幅 ； z 为 冻融 循 环 周期 ； J 8 为 热扩 散 系数 。按式 ( 1 4 ) 计 算 。 8一 一 p cp ( 1 4) 式 中 ： 为混凝 土导 热 系数 ， 可根据 朱伯 芳模 型 。 计 算 ， 如式 ( 1 5 ) ； p为混 凝土 密度 ； c 为混 凝土 比热 。 ： c U p p + A + f ,t f a 十 ( 1 5 ) 式 中 ： A 、 、 分 别 为 水 泥 、 水 、 细 骨 料 、 粗 骨料 的导 热系 数 ； 、 、 、 分别 为水 泥 、 水 、 细 骨料 、 粗 骨料 质量 占混凝土 总质 量 的百 分 比 。 综上 ， 构件内任意深度处 的温度变化可看作是 以 T 为基准 ， 以 A 为振 幅的简谐波 。其 频率与 外界温度波的频率相同， 但振幅减小， 相位滞后 。另 外 ， 考虑 到寒 冷地 区 的桥面 板在 运 营过程 中 ， 桥 面上 表 面 因洒 盐 除 冰会 使 板 遭 受 一定 盐 冻 破 坏 ； 桥 面板 的下 表 面 由于水 汽和潮 气 的影 响混凝 土也 处 于 潮湿 和湿润的状态， 低温时会导致结冰， 将受到冻融的影 响 ， 故本 文有 限元 模型 中考 虑梁 上下 两 面盐 冻 并 假 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 设 试 件 表 面最 高 温 度 为 8 ， 最低 温 度 为 一1 7 ， T m 一一4 5 ， A 一1 2 5。 C， f 一6 h 。将 相 关 数 据 代 入前式 ( 1 2 ) 一 ( 1 5 ) 计 算 可 知 在 距 表 面 7 5 mm 深 度 处 ， 最 大温 度 已降 至 0 ， 如 图 4 ， 表 明 混 凝 土 已 不在受冻融交替的作用， 因此以 7 5 mi 7 1 深度作为冻 融区与非冻融 区的交界 ， 据此可将梁截面划分为 3 个 区域 ， 如图 5 。 一 d = 5 0 - - - - 一 d = 7 5 、 图 4试 件内温度随时间变化 图 第 3 4卷 2仿真结果分析 2 1 未冻 融梁仿真 与试 验结 果 比较 比较 未 冻融梁 仿真 与试 验研 究 结果 ， 如 图 6 、 图 7 ， 可见 无论 是裂缝 分布 形态 还是荷 载 挠度 关 系 曲线 两者均比较接近， 至于仿真梁在钢筋屈服后承载力 未有 增加 则是 由于所 选钢 筋本 构模 型 中未考 虑 强 化 段造 成 的 ； 另外 ， 由试 验测 得梁 的开 裂荷载 和极 限荷 ， 非冻区 图 5 梁截 面冻融区划分 图 矗 啦 三 盎 1、 2 7 0 【 l 1 “ f 孵 cI 蠢 f 羹 ， 熬 f t f I 、 ， 翻 、 、 图 6 仿真 与试验梁 的裂 缝分 布形态 比较 载 分别 为 2 5 k N 和 1 0 0 k N， 而仿 真分 析所 得 相 应值 分 别 为 2 2 4 k N 和 9 6 6 k N， 两者 十分相 近 ， 进 一步 说明仿 真模 型是 合理 的 。 l 2 0 l 0 0 8O 60 40 2 O 0 图 7未冻 融梁 的试验与仿真 荷载挠 度曲线 比较 图 8 经历不 同冻 融次数梁 的荷载挠度 曲线 2 2 冻融 作 用对梁 开裂荷 载 的影响 盐冻融作用对梁开裂荷载 的影响， 如 图 8 ， 可见 与未 冻试件 D R 0相 比， 受 冻融 循 环作 用 梁 的开 裂荷 载值略有降低 ， 但开裂荷载的降低与冻融次数并非 正相 关 ， 如 表 3 。 表 3梁 开 裂 荷 载 理 论 值 与 仿 真 分 析 值 为 了深 入 阐 明 影 响 冻 融 梁 开 裂 荷 载 大 小 的 因 素， 首先仅考虑冻融作用对混凝 土强度 和弹性模量 的影 响 ， 按混凝 土 梁开 裂弯 矩 ( M ) 计 算 公 式 ， 如 式( 1 6 ) ， 求出诸梁的开裂弯矩， 并 由加载点距支座的 距离求得 开裂荷载 ， 如表 3 ， 可见 ， 理论与仿 真值具 有很好 的相关性 ； 其次对比分析相同冻融循 环次数 下不 考虑 粘结 滑移 性 能退 化 ( 情 形 1 ) 、 考 虑 粘 结 强 度退 化但 不考虑 滑 移量 增大 ( 情形 2 ) 及 考 虑粘 结 滑 移性能退化( 情形 3 ) 3种情形 的仿 真结 果， 如 图 9 、 图 1 0 ， 说 明盐 冻 融 环境 下 梁 的开裂 荷 载几 乎 不受 粘 结 性能退 化 的影 响 。由此 可 见 ， 混 凝 土强 度 和 弹 性 模量退 化才 是 引起 冻 融 梁开 裂 荷 载下 降 的 主要 原 因。 ， 一 9 ， M。 一-， b ( h z ) ( 十 1 +2 a F A ( 1 6 ) 瓣挺 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 徐 港 ， 等 ： 盐冻环境 下钢筋 混 凝土 梁抗 弯性 能仿真 分析 1上 2 a EAs 一 一 h ( 1 7) “ 。 2 “ 式 中 ： 厂 I 为混凝 土 轴心 抗拉 强 度 ； 6为 梁截 面宽 度 ； h 为梁 截 面高度 ； h 。为梁 截 面有 效 高 度 ； A 为 纵 向受 拉 钢筋 面积 ； n 为钢 筋 与混凝 土 的弹 模 比 。 图 9盐冻 2 5次梁 的荷载挠 度曲线 圈 1 0盐 冻 5 O次 梁 的荷 载 挠 度 曲 线 注 ： D Rn B D 0 、 X DR n 、 S D R n分别表示情 形 1 、 情 形 2 、 情 形 3 ； ”为冻融循环次数 。 2 3冻 融作 用对 梁破 坏形 态 的影 响 在盐冻融作用 2 5次以内， 梁 的荷载一 挠度关系 曲线与 完好 梁相 似 ， 可分 为 3个 阶段 ， 呈 延性 破 坏 特 征 ， 为 适 筋 破 坏 ， 如 图 8 。但 经 历 5 O次 盐 冻 融 作 用 后梁 的 破坏 形态 却 有 明显 变 化 ， 由 图 8可见 达 到 峰 值荷 载后 梁 持 荷 时 问很 短 ， 且 从 仿 真 模 型 中读 取 梁 底受拉纵筋最大拉应力值发现 尚未达屈服强度 ， 说 明梁 的破 坏是 由 于梁 顶 混 凝 土 强 度 不 足 造 成 的 ， 属 超 筋破 坏 ， 但值 得 注 意 的是 在 冻 融 梁 承 载 力 明 显 下 降 前 ， 其变 形量 与 未冻 融 梁 相 近 ， 并 未减 少 ， 与 一 般 超 筋梁 破 坏特 征 并 不 相 同 ， 这 可 能 是 由于 冻 融 作 用 使混 凝 土 内部微 裂 缝增 多 ， 材料变 得 更 为“ 疏 松 ” ， 导 致混凝土的强度 、 弹模及其与钢筋 的粘结强度降低 ， 致使梁抗弯刚度降低的缘故 。 综 上说 明盐 冻融 作用 达 到一定 程 度后 钢 筋 混凝 土梁 的破 坏形 态 发 生改 变 ， 由适 筋 破 坏 转 换 为超 筋 破 坏 。 2 4 冻 融作 用对 梁抗 弯 承载 能力 的影 响 仿真分析表明 。 随盐冻融循环次数增加梁 的承 载力逐渐减小 ， 如 图 8 ， 可见在经受 2 5次盐冻融循 环作用以内， 梁的抗弯能力降低不多， 但 当冻融循环 次 数达 5 0次 后 ， 承 载 力 显 著 下 降 ， 仅 为 完 好 梁 的 7 9 ， 如 表 4 。 分 析原 因 ， 仍 然 首 先 仅 考 虑 冻 融作 用 对 混 凝 土 强度 的影 响 ， 按 钢筋 混凝 土梁 抗弯 承 载力计 算 公 式 ， 求 出诸梁极限承载力的理论值 ， 如表 4 ， 可见理论值 与仿真值吻合 良好 ； 其次依 2 2节描述的 3种 情形 列 出相应仿真结果 ， 如表 4 ， 可见只有 当盐冻融次数 达 5 O次粘结 滑 移性 能 的退 化 才会 对梁 的极 限荷 载 产 生一定 影 响 ， 所 以冻 融 作 用后 梁 承载 力 的退 化 也 主要 是 由于混 凝 土 强度 降低 引 起 的 受 粘 结 性 能 劣 化 程 度影 响较 小 。 表 4采用不 同粘结滑移本构梁的抗弯承载力 2 5梁端 锚 固情况对 梁 抗力性 能 的影响 前 述仿 真模 型 中均 假 设 梁端 钢 筋 锚 固 良好 ， 设 锚 固 区 内钢 筋 与混 凝 土 间 无相 对 滑 移 ， 但 考 虑 到 当 环 境极其 恶 劣 时锚 固区 也 可 能遭 到 破 坏 的情 形 ， 故 通过 在锚 固区引入 粘结 滑移本 构 对考 虑锚 固区粘 结 性 能 退化 的情 况也进 行 了仿 真分 析 。结 果 表 明锚 固 区是否引入相应冻融循 环次数后的粘结滑移关 系， 对梁的开裂荷载大小并无影响 ， 但对梁的极限荷 载 有 一 定 影 响 ， 如 表 5 ， 当 受 盐冻 融 循 环 作 用 5 O次后 考 虑锚 固区粘 结性 能 退 化 比不考 虑 时 ， 承 载 力下 降 约 4 3 表 5 不 同锚 固情况 时梁 的抗 弯承载 力 3 结 语 综 合考 虑盐 冻融 作用对 混凝 土力 学 性 能和 钢筋 与混 凝 土粘 结 滑移 性 能 的影 响 ， 采 用 数值 仿 真 技 术 研究 了盐 冻 融 循 环 作 用 后 钢 筋 混 凝 土 梁 的 抗 弯 性 能 。主要 得 到如下 结论 ： 1 ) 盐 冻融 环境 下梁 抗弯 性能退 化 的 主要 原 因是 由于随冻融循环次数增加混凝土力学性能的降低。 2 ) 盐 冻融循 环 引起 的粘结 性能 退 化对 梁 的抗 力 性能影响不大 ， 对开裂荷载大小几乎无影响， 经多次 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 8 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 4 卷 冻 融循 环 后 ， 对 极 限 承 载 力 会 有 一 定 影 响 ， 使 之 降低 。 3 ) 盐冻 融作 用 达到一 定程 度后 钢筋 混凝 土 梁 的 破坏形态将发生改变， 由适筋破坏转换为超筋破坏。 4 ) 盐冻融循环作用后梁端锚固区粘结性 能的损 伤对梁抗弯承载力有一定影 响， 尤其 当冻融程度较 严 重时 ， 粱 的 承 载 力 较 锚 固 良好 情 况 约 有 4 左 右 的降 幅 。 参 考文献 ： r 1PETERS EN L，LUDGER L，MARI A A P I n f l u e n c e of f r e e z i ng a nd - t h a wi ng da ma ge on be ha vi or o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e e l e me n t s J A C I Ma t e r i a l s J o u r n a l ，2 0 0 7，1 0 4 ( 4 ) ：3 6 9 3 7 8 2张云清 ， 余红发 ，王甲春钢筋混凝土构件的抗盐冻性 能研究 口 硅酸盐通 报 ， 2 O 1 O ， 2 9 ( 2 ) ： 3 4 5 3 5 1 Z HANG YUN QI NG，YU HONG- FA，WANG J I A CH UNS t u d y o f s a l t f r e e z i n g r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e me tub e r J B u l l e t i n o f t h e C h i n e s e C e r a mi c S o c i e t y ， 2O1 0，29( 2 )：3 45 3 51 3 KAMYA B Z H，P E TE R U， KAR I N L 。E x p e r i me n t a l s t u dy of t he m a t e r i a l a nd b on d p r o pe r t i e s o f f r os t - d a ma g e d c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 O11，41( 3)： 24 4 - 2 5 4 4张楚 汉 ， 金峰岩 石和 混凝 土离 散 一接触 一断 裂分析 M 北京 ：清华 大学 出版社 ， 2 0 0 8 5 C E B - F I P Mo d e l C o d e 1 9 9 0 S L o n d o n ： T h o ma s Te l f or d，1 9 93 6 D I AN A F i n i t e E l e m e n t A n a l y s i s Us e r s s Ma n u a l R e l e a s e 9 4 M D e l f t ：T N O B u i l d i n g a n d C o n s t r u c t i o n R e s e a r c h ， 2 O1 O 7 徐有 邻变形钢筋 一混凝土 粘结锚 固性 能的试验 研究 D 北 京 ： 清华大学 ，1 9 9 0 8 徐港 ， 卫军 ， 王青锈 蚀变形 钢筋 与混凝 土粘结应 力模 型研究 J 3 工程力学 ，2 0 0 8 ， 2 5 ( 1 2 ) ： 1 2 3 1 2 6 XU GANG，W EI J UN，W ANG QI NG Mo d e l l i n g b o n d s t r e n g t h o f c o r r o d e d d e f o r me d b a r i n c o n c r e t e J En g i n e e r i n g M e c h a n i c s ，2 0 0 8 ，2 5 ( 1 2 ) ： 1 2 3 1 2 6 9WANG X H，L I U X L Mo d e l l i n g e f f e c t s o f c o r r o s i o n o n c o v e r c r a c k i n g a n d b o n d i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e J M a g a z i ne o f Co nc r e t e Re s e a r c h， 20 04， 5 6(4)： 1 91 1 99 E l 0 赵卫平 ，肖建庄带肋 钢筋 与混凝 土 间粘结 滑移 本构 模型 J 工程力学 ，2 0 1 1 ，2 8 ( 4 ) ：1 6 4 1 7 1 Z HAO WEI PI NG，XI A0 儿AN ZHUANGOn b o n d s l i p c o n s t i t u t i v e mo d e l b e t we e n r i b b e d s t e e l b a r s a n d c o n c r e t e J E n g i n e e r i n g Me c h a n i c s ，2 0 1 1 ，2 8( 4 ) ： l 6 4 1 71 赵娟 ， 邹超英冻融作用后钢筋与混凝土之 间粘结性能 研究 J 沈 阳建筑大学学报 ，2 0 0 7 ，2 3 ( 5 ) ： 7 1 9 7 2 2 Z HAo J UAN，Z OU CHAO- YI NGS t u d y o n b o n d i n g p r ope r t y be t we e n s t e e l r e b a r s a n d c o nc r e t e c au s e d by f r e e z e t h a w a c t i o n J J o u r n a l o f S h e n y a n g J i a n z h u U n i v e r s i t y ，2 0 0 7 ，2 3 ( 5 )：7 1 9 - 7 2 2 1 2 何世钦 ，贡金鑫 ， 金峰 ， 等。锈蚀与 冻融循环 下钢 筋与 混凝土粘 结 退化 性 能 J 水 力 发 电学 报 ，2 0 0 9 ，2 8 ( 2 )：61 - 6 5 HE S HI - QI N，G0NG J I N XI N，J I N F ENG，e t a 1 De t e r i o r a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e b o n d b e t we e n r e i n f o r c e me n t a n d c o n c r e t e s u b i e c t e d t o f r e e z i n g t h a w i n g c y c l e s a n d s t e e l c o r r o s i o n r J J o u r n a l o f H y d r o e l e c t r i c En gi ne e r i ng，2 00 9，28 ( 2)：6 1 6 5 1 3 冀 晓东 ， 赵宁 ， 宋玉普冻融循环作用后变形 钢筋与混 凝土粘结性能退化研究 J 工业建 筑 ， 2 0 1 0 ， 4 0 ( 1 ) ： 87 91 J I XI AO- DONG ， ZHAO NI NG ， S ONG YU P U Expe r i me nt a l s t ud y on b on d b e ha v i or 8 de t e r i or a t i o n b e t we e n d e f o r me d s t e e l b a r a n d c o n c r e t e a f t e r f r e e z i n g a n d t h a w i n g J I n d u s t r i a l C o n s t r u c t i o n ，2 0 1 0 ，4 0 ( 1)：8 7 91 1 4 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