考虑锈蚀坑作用的钢筋力学性能研究yuan.doc

1考虑蚀坑影响的锈蚀钢筋力学性能研究范颖芳周晶(大连理工大学土建学院,大连,116024)摘要:研究了钢筋表面蚀坑对锈蚀钢筋屈服强度的影响,分别讨论了蚀坑深度和宽度对钢筋屈服强度的影响;分析了锈蚀坑存在造成钢筋应力分布的变化规律。研究表明,钢筋屈服时所需荷载与无锈钢筋屈服荷载之比与蚀坑深度之间基本呈指数关系,而蚀坑宽度对其影响相对较小;锈蚀坑附近处出现了明显的应力集中现象,将造成钢筋力学性能的明显退化。关键词:锈蚀坑,锈蚀钢筋,屈服强度,应力分布1引言钢筋锈蚀是引起钢筋混凝土结构提前破坏的主要因素,Metha教授[1]在1991年召开的第二届混凝土耐久性国际学术会议上,将钢筋腐蚀列为混凝土结构破坏的最主要原因;历史上发生的大量工程事故也警告世人钢筋腐蚀危害之大和日益加剧的严重态势是大大超出人们意料的。由于钢筋埋设于混凝土内部,一些情况下虽然混凝土外观仍十分完好,但内部钢筋已严重锈蚀,从而导致结构的突然破坏,带来了工程隐患。目前一些学者对锈蚀钢筋力学性能进行了广泛的试验研究[2~4],试验中锈蚀钢筋的来源主要包括实验室加速锈蚀钢筋及实际现场得到的锈蚀钢筋,通过对不同锈蚀程度钢筋的拉伸试验结果进行回归分析得到了锈蚀钢筋屈服强度、极限强度及延伸率随钢筋锈蚀率的变化规律,其中钢筋锈蚀率多是以锈蚀钢筋的重量损失率或最小截面的面积损失率表示。根据混凝土中钢筋的锈蚀机理及实际腐蚀环境下钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀情况检测结果表明,混凝土中钢筋的锈蚀往往是从局部点蚀坑开始,不断发展扩大的。这些点蚀坑的存在将造成钢筋在受力状态下蚀坑周围的应力集中,导致钢筋受力性能的退化。可见,钢筋表面的锈蚀坑是导致其力学性能退化的主要原因,其深度及宽度对钢筋力学性能的退化起着重要的影响作用。因此,研究蚀坑深度及宽度对锈蚀钢筋力学性能的影响有着重要的理论意义和实用价值,但目前此方面的研究工作还较少开展。本文的目的是从理论上研究锈蚀坑大小对钢筋力学性能的影响规律,分析锈蚀坑引起钢筋应力分布的变化,为受腐蚀钢筋混凝土构件力学性能的试验及数值模拟研究建立一定的理论基础。2受腐蚀钢筋混凝土构件中钢筋的锈蚀情况作者曾利用GXY-1A型钢筋锈蚀测定仪对一批从腐蚀环境中截取的钢筋混凝土构件进行了钢筋锈蚀情况的无损检测,图1、2分别给出了受硫酸盐和***离子两种介质腐蚀作用下钢筋电位的检测结果。作者简介:范颖芳(1972~),女,博士生,主要从事受腐蚀钢筋混凝土受力性能、安全性评价及维修加固方面的研究;Email:******@.,通讯地址:大连理工大学抗震研究室;联系电话:0411-*******-212。-400-350-300-250-200-150-100ECu/CuSO4/mV-400-350-300-250-200-150-100ECu/CuSO4/mV注:图1、2中h为梁高。由以上钢筋表面电位的分布可以看出,电位分布图上分布着一些尖点,-600-500-400-300-200-100ECuSO4/-600-500-400-300-200-100ECu/CuSO4/mV图4钢筋应力-,计算表明,锈蚀坑将引起应力集中现象,导致钢筋轴线应力分布情况在蚀坑周围一定范围内发生了明显的变化,图5给出在未锈蚀钢筋屈服所需荷载作用下未锈蚀钢筋与蚀坑深度为1mm应力沿轴线长度方向的分布情况。分别计算钢筋表面出现不同宽度和深度的钢筋首次达到屈服应力时的荷载,可以得到不同蚀坑情况下钢筋达到屈服时的荷载变化曲线;利用惠云玲[2]根据锈蚀钢筋的试验研究建立的以钢筋重量损失率及截面积损失率表示的锈蚀钢筋屈服强度计算公式,将其折算为表面锈蚀坑深度,可以得到不同蚀坑深度下钢筋屈服强度的变化曲线。将以上得到蚀坑深度-钢筋屈服强度曲线一并绘于图6(a),将不同蚀坑深度下其宽度对钢筋屈服强度的影响绘于图6(b)。*********p/p0/%蚀坑宽度/mm(b)蚀坑宽度对钢筋屈服荷载的影响Effectofthewidthofcorrosionpitontheyieldloadofrebarp/p0/%蚀坑深度/mm(a)蚀坑深度对钢筋屈服荷载的