锈蚀钢筋与混凝土粘结应力模型研究.pdf

第 2 9卷第 1期 2 0 0 8年 2月 建筑结构学报 J o u r n a l o f Bu i l d i n g S t r u c t u r e s Vo 1 2 9， No 1 F e b2 o o8 文章编号 ： 1 0 0 0 - 6 8 6 9 ( 2 0 0 8 ) 0 1 -01 1 2 - 0 5 锈蚀钢筋与混凝 土粘 结应 力模 型研 究 卫 军 ，徐 港 ，王 青 ( 1 中南大学 土木建筑学院 ， 湖南长沙 4 1 0 0 7 5 ； 2 三峡大学 土木水 电学院 ， 湖北宜 昌 4 4 3 0 0 2 ) 摘要 ： 研究 了混凝土保护层胀裂时及胀裂前锈蚀对无横向约束光圆钢筋混凝 土试件粘结性能 的影响机理。应用弹性力学 理论 ， 建立 了锈胀力计算模型 ， 推导出了保护层胀裂时刻钢筋锈蚀深度 的计算表达式 ； 结合 已有研究成果 ， 建立 了钢筋表面 摩擦系数计算公式 ； 在综合考虑锈胀力作用及钢筋表面状况变化对粘结强度影响的基础上 ， 提出了光圆钢筋粘结应力计 算 模型 ， 并通过多个试验结果对理论模型进行 了验证 ， 结果表明计算值与试验值吻合 良好 ， 从 而定量阐明了保护 层锈胀裂前 光圆钢筋粘结应力随锈胀力增长及钢筋表面摩擦系数增大而增长的内在机理。 关键词 ： 混凝土保护层； 光 圆钢筋 ； 锈胀力 ； 粘结应力 中图分类号 ： T U 3 7 5 T U 3 1 7 3 文献标识码 ： A B o n d s t r e n g t h mo d e l i n g f o r c o r r o d e d r e i n f o r c i n g b a r i n c o n c r e t e WEI J u n ，X U G a n g ，WAN G Qi n g 2 ， ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g a n d A r c h i t e c t u r e ，C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y ，C h a n g s h a 4 1 0 0 7 5，C h i n a ； 2 C o l l e g e o f C i v i l a n d H y d r o e l e c t ri c E n g i n e e ri n g ，C h i n a T h r e e G o 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，C h i n a ) Abs t r a c t ：T h e e f f e c t o f c o r r o s i o n o n t h e b o n d b e t we e n c o n c r e t e a nd p l a i n b a r r e i n f o r c e me n t wi t h o u t s t i r r u p s i S s t u d i e d d u rin g c o v e r c r a c k i n g a n d b e f o r e c o v e r c r a c k i n g A n e w an aly t i c a l mo de l o f s p l i t t i n g s t r e s s e s i S for mu l a t e d b a s e d o n me c h a n i c s o f e l a s t i c i t y T h e n t h e c rit i c al a t t a c k p e n e t r a t i o n d e p t h o f r e i nfo r c i n g b ar a t t h e t i me o f c o v e r c r a c k i n g wa s c a l c u l a t e d Ba s e d o n t h e e x i s t i n g r e s e arc h f r u i t s ，a n e x p l i c i t f u n c t i o n e x p r e s s i o n f o r t h e f r i c t i o n f a c t o r b e t we e n s t e e l b a r a n d c o n c r e t e wa s p r o v i d e d Wi t h t h e e f f e c t s o f d e t e rio r a t i o n o f b a r s u r f a c e a n d i n c r e a s e o f s p l i t t i n g s t r e s s e s o n b o n d s t r e n g t h t a k e n i u t o c o n s i d e r a t i o na mo d e l wa s p r o p o s e d t o c a l c u l a t e t h e b o n d s t r e n g t h d u rin g c o v e r c r a c k i n g a n d b e f o r e c o v e r c r a c k i n g T i l e t h e o r e t i c al r e s u l t s we r e c o mp are d wi t h e x pe rime n t al r e s u l t s ，s h o wi n g g o o d a g r e e me n t T h e me c h a n i s m o f i n c r e a s e i n b o n d s t r e n g t h wa s a n a l y z e d q u a n t i t a t i v e l y f r o m t h e i n c r e a s e o f b o t h f r i c t i o n f a c t o r a n d s p l i t t i n g s t r e s s e s Ke y wo r d s ：c o n c r e t e c o v e r ；p l a i n b ar r e i nfo r c e me n t ；s p l i t t i n g s t r e s s e s；b o n d s t r e n gth 0 引言 钢筋腐蚀是影响混凝土结 构耐久性 的最主要 因素 ， 与之相关 的研究吸引了国内外 众多学者 ， 研究 的 内容涉 及材料 、 构件 和结构等 不同层 次 ， 其 中锈蚀 后 的钢筋 与 混凝土粘结性能尤其 为人们所 关心 ， 因为可靠 的粘结是 保证混凝土结 构安 全的前 提。虽然 目前大 家对此 已有 定性的共识 ， 但定量反映钢筋锈蚀 量对粘结强 度影响 的 研究并不充分 ， 且 基本都 是根 据试验 数据拟 合得 到 的 ， 仅少 数 学者 建 立 了具 有 力 学 意义 的计 算 模 型 ， 如 C o r o n e l l i 将混凝土保 护层看作 梁模 型 ， 锈 胀 力作 为梁 上均布荷载 ， 周围混凝土产 生的约束 或箍筋 的肋作为 简 支支座 ， 建立了锈胀力与粘结强度 的分析模 型 ； 王小 惠 、 刘西拉 考虑锈 胀力及 钢 筋与混 凝土 界面 特性 随锈蚀 程度 的变化 ， 建立了无箍筋锈蚀钢筋 混凝土试 件 的粘 结 应力计算模型 。但这些模 型均是针 对变形钢 筋提 出的 ， 鉴于 目前仍有 为数众 多 的在役 旧建筑 采用 光 圆钢筋 作 为受力筋 ， 建立光圆钢筋与混凝土界 面粘结 强度计算模 型 十分必要。 本文从钢筋的表面状况 变化及 锈胀力产 生人手 ， 分 基金项目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 0 2 7 8 0 3 9， 5 0 7 8 0 6 8， 5 0 5 3 8 0 7 0 ) 。 作者简介： 卫军( 1 9 5 7 一) ， 男， 河南新乡人， 工学博士 ， 教授。 收稿 日期 ： 2 0 0 6年 2月 1 1 2 维普资讯 http:/ 析了保护层 开裂前 锈蚀 对无横 向约束光 圆钢 筋混 凝 土 试件粘结性 能的影 响。首 先基于力学 原理 ， 提 出了保护 层胀 裂前和胀 裂 时刻 的钢筋锈 蚀 深度及 锈胀 力计 算公 式 ； 再结 合 已有 研究成 果 ， 给 出 了钢筋 表 面摩擦 系数计 算公式 ； 在此基 础上 ， 建 立 了锈 蚀光 圆钢筋 粘结应 力计 算模型， 并通过多个试验结果验证表明计算值与试验值 吻合良好， 所建的计算模型具有较强的适用性。 当保护层胀 裂 以后 ， 由于混 凝 土完全 开裂 ， 锈 蚀产 物特性受 时 间、 环境等 因素 的影 响 显著 ， 裂 缝发展 形式 等不确定因素增 多。限于文 章篇幅 ， 本 文暂不讨论 此 阶 段的问题。 1 保护层锈胀裂分析 1 1 钢筋锈蚀深度与锈层厚度的关系 混凝 土 构 件 中钢 筋 与 混 凝 土 交 界 面 是 有 空 隙 的 ， 因此 钢筋 受腐 后生 成 的锈蚀 物 首先 将对 其进 行 填充 ， 而后 才会产 生锈胀 力 ， 同时 当混凝 土内界面被 胀 裂后 ， 锈蚀物 又会 流人胀 裂缝 中。所 以 ， 产 生锈 胀力 的 有效锈蚀层 的厚度 ( , )可通 过图 1中关 系推导得 出。 图 1中 I 区为锈后 钢筋 ， I I区为锈蚀 层 ， I I I 区 为混 凝土保护层 中已胀 裂部 分， I V区为保护 层未 胀裂部 分 。 为锈 后钢筋净半径 ； R 。 为钢筋 原半径 ； R 为钢筋 中心 到保护层 内壁 的距离 ； d：R 一 R 。 为钢筋与混凝土交界 面( 内壁 ) 空隙区宽度 ； R 为锈后 钢筋 总半径 ( 包含 锈蚀 层 ) ； R 为钢筋 中心到混凝土胀裂缝最前端距离 ， 即开裂 混凝土半径 ； R 为钢筋 中心到构件混凝土保 护层 表面的 距离 图 1 锈蚀 开裂模型 Fi g 1 Co r r o s i on c r a c k i n g mo d e l 首先由图 1 可计算 出钢筋 的总锈损 量 ( 取单 位长度 计算 ) A E =1 T ( R 一 )， 如设 锈蚀产 物 的膨胀 率为 n ( 锈蚀产物与原被锈材料 的体积 比) ， 则铁 锈增 加的体积 量为 ： A V r =( 1 l 一 1 ) = ， + + ， 其 中有 AV ， 的锈 蚀物填充 到交界 面空 隙区 ， 的锈蚀物 产生锈胀 力 ， 的锈蚀物渗透到胀裂缝 中。利用 图 1 所 示关 系 易知： A V =叮 T ( 一 ) ， =叮 T ( ： ) ， 而 由 文献 5 得 ： A V 3：叮 T ( 一 ) ( i )。综 上 ， 有式 ( 1 ) 成立。 = 耵 ( ； 一 R ) +耵 ( ： 一 R j )+ 1 T ( 一 ) ( R 一 ， ) = ( n一1 ) 叮 T ( R 一R ： ) ( 1 ) 化简式 ( 1 ) 并设 ：R o R ， 为钢筋锈蚀深度 ； 设 = R 一R ， 为有效锈蚀层厚度 ， 则 有式( 2 ) 成立 。 ： 等 ( 2 ) 一 z ) 1 2混凝土的变 形 对于图 1中的混凝 土部分 ， 设保 护层完全开 裂前锈 胀力引起的径向位移仍可用弹性力学求解厚壁圆筒位 移 的方法进行分析 。 据经典弹性理论 可知 ， 环状 受力 的轴对称物体 的应 力和位移计算方程为 ， ： +2c； 8： 一 A +2C；T r O： T O r： 0 ( 3 ) M ， = 一 ( 1 + ) 争 + 2 C ( 1 一 r ； M ： 0 ( 4) 式 中， ， 、 分别为受力物体 径向、 环 向和剪切应力 ； 为材料泊松 比； E为材料弹性模量 ； r x 分别为径向、 环向位移 ； A 、 C为系数 。 对于图 2所 示 的混凝 土保护 层受 力情 况满 足如 下 边界条件 ： 当 r ：R 时 ， ， =0 ； 当 r=R 时 ， ： 。 据 此 ， 由方程 ( 3 ) 、 ( 4 ) 便 可求得 混凝 土的径 向位移 ， = 譬 + ) r i i 雨+ j 当 r：R ， 得交界 面处混凝 土的径 向位移为 = 警 + ) ( 6 ) 图 2 混凝土受力示 意图 Fi g 2 P r e s s u r e o n s u r r o un d i n g c o n c r e t e 1 3钢筋锈蚀深度及锈 胀力计 算 对 于铁锈 的力 学性 能 ， 目前 还没 有统 一 的认识 ， 过 去不少学者在分析相关问题时把锈蚀物按弹性或等效 弹性材料 来考 虑 。但 P e t r e L a z a r 和 G e r ar d利 用划 痕试 验法对锈蚀物的力学性能进行试 验研究 表 明， 其实在钢 筋与混凝土界 面间生 成 的铁锈 是一 种非粘 性不 可压缩 1 1 3 维普资讯 http:/ 晶体的组合体 。据此 ， 则 由式 ( 2 ) 计算 出的有 效锈 蚀 层厚度 应等于 由式 ( 6 ) 求得 的混凝 土径 向位 移 ，即 有式( 7 ) 成立 。 ( n一1 ) ( 2 R 0 )一d ( 2 n 0+d ) 尺i+尺0+d 尺 d f ( 尺 R d ) +1 ( 尺 d ) 。 一1 1 ， 1 、 E l ( 尺 R i ) +1 。 ( R R ，) +1 J 分析式 ( 7 ) 可知 ， 对于具体问题 ， 当钢筋和混凝 土的 材料、 几何参数 已知时 ， 如果 R i 、 d和 n 能确定 ， 就可求得 钢筋锈蚀深度 。 保护层胀裂时刻的钢筋锈 蚀深度 常常是人们最 关心的问题， 其值显然可通过式( 7 ) 得到。但此时尺 的 取值 ， 按不 同的理论有不 同的取法 。如按 T e p f e r s 基于弹 性理论且认为开 裂部分 混凝 土环 向拉 应力 为零 的方法 分析 ， 应取 R i：0 4 8 6 R ； 如按保护层胀裂时 ， 混凝 土 完全进入塑性状态 ， 混凝土 环 向拉 应力 均为 考 虑 ， 则 Rj= R 。 7 3； 另外 ， 还有一些其它的方法 ， 对开裂部分 混凝土应力 并不取 为零或 ， 而是利用混凝土受拉应力 应变本构关系计算不 同裂缝宽度 时相应 的应力 ， 再通过 力 的平衡建 立方程 ， 计算锈胀力 及 尺 ； 。试验表 明第一种 方法偏于保守 ， 第二种方法 由于过 高估 计混凝 土的性能 偏不安全， 第三种方法较精确但计算复杂。假设开裂部 分混凝土的裂缝 为弥散分布 ， 同时 考虑到保护层 完全胀 裂前裂缝越靠近钢筋越宽， 即相应 的环向拉应力也越 小 ， 所以设该 区环 向应 力 服从 如 图 3所示 的三 角形 分 布 ， 即裂缝始端混凝土的环 向应力 为零 ， 而末端为 ， 从 而根据力的平衡有式 ( 8 ) 成 立。 P i Ri + ( 尺i 一尺d ) 2：p Rd ( 8 ) 式中 ， P 可 由图 1中保护 层 尚未 开裂部 分 ( I V区 ) 受力 2 一 2 分 析 得 到 ， 即 设 r ： R ， 由 式 ( 3 ) 求 出 ： P - = 素； 9 为 锈胀力 。 【 1 4 图 3 保护层开裂部分受力示意图 F i g 3 P r e s s u r e o n c r a c k e d p a r t o f c o v e r 将 P i 表达式代入式 ( 8 ) 并整理后可得锈胀力 P p = 惫 c 籀 ， 为了求得 P的极 值 ， 将上式对 尺 求导 ， 显然 尺 i 应满 足 尺 a尺 R 的条件 ， 使 0得 R =0 6 8 1 R ( 1 0 ) 即当径 向裂缝 的半径满足式 ( 1 0 ) 时 ， 筒壁承受 的内 压力 P达最大值 。如 内部径 向裂缝的开展超过这 个深度 时 ， 未开 裂筒壁混 凝土 已达其最 大承载 能力 ， 劈 裂将立 即贯 穿整个保 护层厚 度到达构 件表 面 。将 式 ( 1 0) 代 入式 ( 9 ) 得最大锈胀 力 P 为 P ： ( 0 5 9 +0 0 9) ( 1 1 ) n d 式 中 ， c：R 一R 为混凝 土保护层厚度 。 尺 ； 确 定 后 ， 一 般 情 况 n 值 取 2 3 ，d 取 0 0 1 2 m m ， 即可按式 ( 7 ) 得 到保护层 胀 裂时 刻钢 筋锈 蚀深度值 有关算例详见后文 。 2 摩擦系数计算 文献 8 对钢筋与混凝土问的摩擦系数进行过全面 的研究 ， 试验表明无锈 钢筋与混凝土问 的摩擦系数 肛 = 0 2 1 3； 而保护层胀 裂时的摩擦 系数 ， 根据 文献 1 可取 =0 3 7。如 设保护 层胀裂前 摩擦系数 随钢 筋锈蚀 深度 是线性变化 的， 则可得 ( )=0 1 5 7 x x +0 2 1 3 ( ) ( 1 2 ) 3 粘结应力计算模型 大量试验表明 ， 保护层胀裂前， 光圆钢筋锈蚀会 提高粘结强度 。这 主要是 由于 ： ( 1 ) 锈 蚀改 变了钢 筋 的 表面状况， 使钢筋与混凝土间的摩擦系数增大； ( 2 ) 锈蚀 引起的锈 胀力增 加了钢筋 与混凝土 问的径 向压 力 ， 提高 了两者的粘结 强度。 A l l w o o d等 对未锈钢筋从 考虑钢筋所受 的径 向压 力 对粘结强度 的影 响人手 ， 假定 摩擦力 和机械 咬合力都 和径向压力成 比例关 系， 而化学 粘着力 在一定范 围 内是 常量 ， 给出了极 限粘结强度和径 向压力 的关系式 q =。+ ， ( 1 3 ) 式 中 ， q 。 为极 限粘结 强度 ； 。为化学胶 着力 引起 的粘结 强度 ； 为摩擦 系数 ； P ， 为钢筋所受 的径 向压力 。 假设与某一锈 蚀深度 ( 锈蚀率 ) 对应 的极 限粘结 强 度也存在类似关 系， 并考虑到锈胀力 的作 用及摩擦 系数 的变化 ， 则应有式 ( 1 4 ) 成 立。 q ( )=。+ ( ) ( P ，+P ( ) ) ( 1 4) 式中， q ( ) 为锈蚀深度达 时的极限粘结强度； P ， 为未 锈钢筋所受的径向压力 ， 可由式( 1 3 ) 求得， P ( )为锈蚀 深度达 时的锈胀力 ， 可 由式 ( 7 ) 、 ( 9 ) 求得。 ， 维普资讯 http:/ 4 试验验证 为验 证 模 型 的合 理 程 度 ， 利用 文 献 3 ， 1 2 1 4 采用通电加速锈 蚀法 研究保 护层 胀裂 问题 的试 验 值考察 了开裂模 型的有效性 ； 通过试 验并 参考文 献 9 1 0 提供的试验数据验证 了锈蚀光圆钢筋粘结应力 计算模型的适用性。 4 1 保 护层胀 裂时钢筋锈蚀深度计算值与试验值 比较 锈胀试验中保护层胀裂 的判定 ， 一 般是 以第 一条可 见裂缝的出现为标准 的 ， 而所谓 可见裂缝是 指可通 过放 大镜观测到 的 ， 宽 度不 大于 0 0 5 m m 的裂缝 。所 以， 表 1中文 献 1 3 的试 验 值选 取 的是 其 中 裂缝 宽 度 为 0 0 5 m m试件 的测试值 。 表 1中有关混凝土的 ( 立方体抗压强度) 、 ( 轴 心抗拉强度) 、 ( 轴心抗压强度) 、 E ( 弹性模量) 等力 学参数值尽可 能地采用相应文 献提供 的值 ， 对 于没有 提 供的 值 ， 是 按 如 下 关 系 确 定 的： = 0 7 = 0 2 2 ，E =： L o 0 0 2 ， 泊松 比 =0 2 。 表 1 保护层胀裂时钢筋锈蚀深度的试验值与计算值 Ta bl e 1 Expe r i m e nt al and c a l c ul at e d at t ac k p e n e t r a t i o n d e p t h o f r e i n f o r c i ng b a r a t c o v e r c r a c k i n g 4 2粘结应 力计算值与试验值比较 下面通 过三 个不 同 的试 验对保 护层 胀裂 前粘 结应 力理论计算 模型 的适 用性加 以验证 。各试验 基本 情况 如表 2 ， 粘结应力试验 值与理论 计算值 ( 计算 中 ， 锈蚀产 物膨胀率 r t =2， 忽略化学胶着力引起的粘结强度 ) 比较 情况如表 3 。 4 3 结果讨论 从表 1中可知 ， 锈蚀 产物膨胀率对计 算结果 的影响 较大 ， 大部分试验数据与锈蚀 产物膨胀率 r t=2时 的理 论计算值相符 ， 但对于保 护层很大 ( c= 7 0 ra m) 的试件 ， r t=3时的理论值 与试验 值更 为接近 ， 而这与快 速锈蚀 试验法 的特点应是相吻合的 。 表 2 拨 出试验基本参数 T a b l e 2 Ex p e r i me n t a l p a r a m e ter s o f p u l l o u t tes t s 注 ： 1 表 中 R为钢筋半径 ； 为钢筋锚固长度 ； bh为试件截 面尺寸。 2 P ， 为未锈试件径 向压力平 均值。对于 “ 本文 ” P 值 由未锈试 件 平均极限拉拨荷载( 1 3 k N) 结合公式 ( 1 3) 求得 ； 对 于文献 1 O ， P ， 值 由文献 1 O 表 2中未锈试件 G 1 1 ， G1 - 2平 均极限拉拨 荷载 ( 2 5 5 k N) 结合公式( 1 3 ) 求得 ； 文 献 9 虽然 没有给出未锈钢 筋 的拉拨数据 。 但将 P l 、 P 2试 件的锈蚀率换算为锈蚀深 度代入公 式( 7 ) 计算分析可知 ， 此 时钢筋腐蚀生成的锈蚀 物尚未填满钢筋 与混凝土交界面间的空 隙， 还没有产生锈 胀力 ， 因而， 径向压应 力仍保持 为钢筋未锈时 的值， 但这时钢筋 的表面状况 已发生变 化 。 所 以应先 由公式 ( 1 2 ) 确定摩 擦系数 ， 而后再通 过公式 ( 1 3 ) 对 P l和 P 2分别计 算并取平均值得到 P ， 。 3 x 。 为混凝土保护层胀裂时的钢筋锈蚀深度 ， 由式 ( 1 O ) 、 ( 7 ) 计算 确定 。利用该值可判断“ 试验来源 ” 中的试件是否 开裂 ， 以便选 取有效试验数据进行比较 。例如 ， 对于文献 9 并未明确给 出保 护层开裂时钢筋的锈蚀 率 。 但对试验 数据分析可 发现该值应 在 2 o 4 附近( 因为文献 9 表 1中所给的 l 4个测试值 中， 锈蚀率 为 2 o 4 时对应的粘结应力最 大为 1 0 2 5 7 4 MP a ， 而与此相邻 的 两个 锈 蚀 率 1 9 9 和 2 7 5 所 对 应 的 粘 结 应 力 分 别 为 9 2 8 8 7 MP a和 5 9 7 1 3 M P a 。 ) ， 同时 又因 为理论 计算 求 得 = 6 9 91 0 n l 。 换算成锈蚀率 P=2 3 2 。所 以。 可 以认为锈蚀 率 P2 0 4 的试件 尚未开 裂， 因此可取文献 9 表 1中的前 l O个试验数据与理论计算值进行对 比。同理分 析文献 1 O ， 知 仅试件 G 1 - 3可供对 比。 从表 3可知 ， 对于粘 结应 力 ， 理 论计 算值 较试 验值 偏小或有一 定的偏差 ， 究其 主要原 因， 可 能有 以下几点 ： ( 1 ) 理论计算 中对混凝土各 力学参数按经验 公式取值一 般较实测值偏小 ； ( 2 ) 理 论计算 中并没有 考虑化 学胶着 力对粘 结强度 的影 响； ( 3 ) 试验结果存在 一定的离散性 ， 如 G 2 、 P 5的试验值显然与试验 的总体规律不符 。 尽管如此 ， 总 体上理论 值 与试验 值还 是较 为接 近 ， 这表 明所建 计算模 型是 合理 的。鉴 于所选 用试 验佐证 数据 的广泛性 ， 表明所建模 型具有较好 的适用性。 5 结语 本文以受腐 蚀无 横 向约束光 圆钢 筋混凝 土试 件为 研究对象 ， 对混凝 土保护层胀裂 时及胀裂前钢 筋锈蚀对 粘结应力的影响进行 了定量分析 ， 主要结果 如下 ： ( 1 ) 通过对有效锈蚀层厚度及钢筋 与混凝土交界面 l l 5 维普资讯 http:/ 表 3 保护层胀裂前钢筋粘结应力试验值与计算值 E x p e r i me n t a l a n d c a l c u l a t e d b o n d s t r e n g t h I b e f o r e c or r o s i o n c r a c ki ng o f c ov e r 注： 1 对于 P I O试件 ， 原文献 9 中的锈蚀 率为 1 0 4 ， 但 据文献 9 表 1中与该值对应的相关数据简单推算易知应 为2 0 4 。 2 钢筋锈蚀率p与钢筋平均锈蚀深度 间满足如下关系 ： p = = ： 1簧 ： 1 一 = 11 一 云 ， = 一 ： ： 一 一 = 一 ( 一 _ ， 1f 处混凝土径 向位移的分析 ， 建 立 了钢筋锈蚀 深度与保护 层开裂深度 间的关系 ； ( 2 ) 通过对开裂 部分混凝 土的受力 分析 ， 建 立 了锈 胀力的计算表达式 ， 推导出了保 护层所能 承受的最大锈 胀力及与之相应 的混凝土开裂深度 ， 给 出了保护层胀 裂 时钢筋锈蚀深度 的计算表达式 ； ( 3 ) 结合 已有研究 成果 ， 建立 了锈蚀 钢筋 与混凝 土 的摩擦系数计算公式 ； ( 4 ) 基于 以上结果 ， 建立 了粘 结应力 与锈胀 力和摩 擦系数间的关 系式 ； ( 5 ) 利用多个 不同的试验结果对锈胀及粘结模 型进 行验证表明 ， 所建计算 模型合理 、 计算 结果 可靠 、 适用 范 围较宽。 需要说 明的是 ， 本文提出的模型是 以钢 筋均匀锈蚀 为基 础的 ， 与实际 构件 的锈 蚀情况存 在一定差 异 ， 对非 均匀锈蚀 引起 的粘结性能演化机理 尚待更深入研究 。 1 1 6 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 2 1 3 1 4 参考文献 Co r o ne l l i D Co r r o s i o n c r a c k i ng a n d bo n d s t r e n g t h m o d e l l i n g f o r c o rr o d e d b a r s i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e J 1 A C I S t r u c t u r a l J o u r n a l ， 2 0 0 2 ， 9 9 ( 3 ) ： 2 6 7 2 7 6 W a n g 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 rro s i o n o n c o v e r c r a c k i n g and 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 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 ( 4 ) ： 1 9 1 1 9 9 L i u Yo u p i n g Mod e l i n g t h e t i me t o c o rro s i o n c r a c k i n g o f t h e c o v e r c o n c r e t e i n c hl o rid e c o n t a mi n a t e d r e i nforee d c o n c r e t e s t ruc t u r e s D V i r g j n i a ：V i r g i n i a P o l y t e c h n i c I n s t i t u t e a n d S t a t e Un i v e r s i t y，1 9 96 Pe t r e La z a r IGe r ard BMe c h an i c a l be ha v i o u r o f c o rro s i o n p r od u c t s f o r me d a t t h e s t e e lc o n c r e t e i n t e r f a c e T e s t i n g a n d m o d e l l i n gc P r o c e e d i n g s E M 2 0 0 0 ， F o u r t e e n t h En gi n e e ring Me c h an i c s Co n f e r e n c e Au s t i n，Te x a s ， USA： AS CE， Ma y 2 00 0 P a n t a z o p o u l o u S J ，P a p o u l i a K DMo d e l i n g c o v e r c r a c k i n g d u e t o r e i n f o r c e m e n t c o rr o s i o n i n R C s t ruc t u r e s f J J o u r n a l o f E n g i n e e ri n g Me c h a n i c s ， 2 0 0 1 ， 1 2 7 ( 4 ) ： 3 4 2 3 5 1 Te pf e rs R Cr a c ki n g o f c o nc r e t e c o v e r a l o n g a n c h o r e d d e f o rme d r e i n f o r c i n g b a r s J 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 ，1 9 7 9 ， 3 1 ( 3 ) ： 3 一 l 2 王传志， 滕智明钢筋混凝土结构理论 M 北京： 中国 建筑工业出版社， 1 9 8 5 锚固搭接专题组钢筋 在混 凝土 中锚 固和搭 接 的试验 研究 C 混凝土结构 研究报告 选集 北京 ： 中国建筑 工业出版社 ， 1 9 9 4 、 赵羽习 ， 金伟 良_锈蚀钢筋 与混凝 土粘 结性 能的试验研 究 J 浙江大学学报， 2 0 0 2 ， 3 6 ( 4 ) ： 3 5 2 3 5 6 陈留国， 方从启 ， 寇新建等受腐蚀钢筋混凝土的粘结性 能 J 工业建筑 ， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 5 ) ：l 5 1 7 A l l w o od R J B a j a r w an A b d u l i a h A M o d e l l i n g n o n l i n e a r b o nd s l i p b e h a v i o r for f i n i t e e l e me n t a n a l y s e s o f r e i n f o r e e d c o n c r e t e s t ruc t u r e s J A C I S t ruc t u r al J o u rna l ，1 9 9 6， 9 3 ( 5) ： 5 3 8 5 4 4 An d r a d e C， Al o n s o C，Mo l i n a F J C o v e r c r a c k i n g a s a f u n c t i o n o f b a r c o rr o s i o n ：P a r t I - e x p e r i m e n t al t e s t f J Ma t e r i a l s a n d S t r u c t u r e s ， 1 9 9 3 ， 2 6 ( 8 ) ： 4 5 3 - 4 6 4 王深钢筋混凝 土结 构锈胀 裂缝 的研究 及耐 久性 评估 D 上海： 同济大学 ， 2 0 0 0 AI S u l a i mani G J ，Ka l e e mu l l a h MB a s u n b u l I Ae l a t I n fl u e n c e o f c o r r o s i o n a n d c r a c k i n g o n bo n d b e h a v i o r a n d s t r e n gt h of r e i n f o r c e d c o n c r e t e me mb e rs J A C I S t ruc t u r a l J o u r n al， 1 9 9 0 ， 8 7 ( 2 ) ： 2 2 0 2 3 1 维普资讯 http:/