部腐蚀情况下,粘结性能将会受到钢筋肋严重退化、钢筋表面片状腐蚀、金属滑移及纵向裂缝加宽造成混凝土约束作用降低等因素的影响,从而降低。
粘结性能退化的机理是:1、钢筋的腐蚀产物是一层结构疏松的氧化物,在钢筋与混凝土之间形成一层疏松隔离层,明显地改变了钢筋与混凝土的接触表面,从而降低了钢筋与混凝土之间的粘接作用。2、钢筋的腐蚀产物比被腐蚀的钢材占据更大的体积,从而对包围在钢筋周围的混凝土产生径向膨胀力,当径向膨胀力达到一定程度时,会引起混凝土开裂。混凝土开裂导致混凝土对钢筋的约束作用减弱。混凝土开裂时的钢筋腐蚀量与钢筋直径、保护层厚度、混凝土强度、钢筋种类和钢筋位置等因素有关[12]。3、变形钢筋腐蚀后,钢筋变形肋将逐渐退化。在腐蚀较严重的情况下,变形肋与混凝土之间的机械咬和作用基本消失。 3.5受腐蚀钢筋混凝土结构在使用荷载作用下的性能 钢筋混凝土构件实际上都是处于工作状态,而构件在应力状态下的腐蚀与没有加载时有很大不同,其各方面的性能亦有很大改变。荷载对受腐蚀钢筋混凝土构件的影响是多方面的,加载历史和加载级别对腐蚀的发生和发展有明显影响[2][4],并影响混凝土中钢筋的腐蚀量,而腐蚀量反过来通过强度或刚度损失影响钢筋混凝土构件的适用性。
预先加载和持续加载对腐蚀发生的影响相似[4],在同样的暴露条件下,荷载水平的增加缩短了腐蚀发生的时间。较高的荷载水平下试件发生腐蚀较早,一般是由于加载期间混凝土产生了裂缝。裂缝使水、氯离子等侵蚀介质易于渗透到钢筋表面,加速了钢筋发生腐蚀。
预先加载水平高的试件比预先加载水平低的试件对腐蚀发展的影响大。但在腐蚀初始阶段影响不明显,在后期阶段才变得显著。其原因是,腐蚀发生后的初始阶段,由预先加载产生的混凝土的微裂缝可能由于腐蚀产物的填充作用减小甚至闭合,降低了侵蚀介质的进一步渗透,从而减小了腐蚀速率。建议的临界裂缝大约是0.1~0.3mm[4],在此值以下裂缝一般不影响钢筋的腐蚀过程。与预先加载相似,承受较高水平持续荷载的试件具有较高的腐蚀量,这是由于混凝土中裂缝数量和大小的增加。同预先加载情形不同,持续荷载下大部分混凝土裂缝在整个腐蚀过程中不断张开。所以,持续加载对腐蚀发展的影响更严重。在同级荷载下,持续加载构件的腐蚀量高于预先加载的构件。
高的荷载水平还增加了钢筋混凝土构件的初始和长期挠度。 3.6 受腐蚀钢筋混凝土结构的动力性能 由于腐蚀使钢筋的截面尺寸、表面状况以及钢筋和混凝土之间的粘结等均发生了变化,腐蚀对钢筋混凝土结构动力性能(例如疲劳性能和抗震性能)的不利影响将更为严重。1999年广州海印大桥使用过程中突然发生的断索事故,即被认为是车辆疲劳荷载和钢筋腐蚀共同作用的结果。而我国在腐蚀环境已服役多年的钢筋混凝土结构也存在着抗震性能不断降低的隐患。
目前国内外对受腐蚀钢筋混凝土构件的动力性能的研究非常少。日本进行过受弯构件恢复力性能试验研究[9]。西安建筑科技大学进行过压弯构件恢复力性能试验研究[13]。大连理工大学正在进行受腐蚀钢筋混凝土构件抗震性能和疲劳性能的试验研究和有限元分析。 已有的试验表明,随着钢筋腐蚀量增加,钢筋混凝土构件的滞回曲线丰满程度和滞回环面积逐渐减小,表明构件耗能能力和延性降低。同时由于钢筋腐蚀程度的不均匀性,滞回曲线具有明显的不对称性.从骨架曲线看,腐蚀严重的构件承载力和刚度均降低较多,且达到极限荷载后平直段变短,延性降低。因此钢筋
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腐蚀对钢筋混凝土构件反复水平荷载作用下的恢复力性能有较大影响,在抗震设计中应予以考虑,以保证结构在地震作用下的安全。 4 结语
虽然目前国内外已经在受腐蚀钢筋混凝土结构的性能方面开展了一些研究,做了不同腐蚀情况下钢筋混凝土受弯构件、大小偏心受压构件、钢筋与混凝土粘接试件的试验等,并进行过一些有限元分析,得出了构件承载力和变形性能随钢筋腐蚀量的增加而不同程度降低的结论。但是对受腐蚀钢筋混凝土结构抗剪性能、动力性能的研究仍然极少,特别是对受腐蚀钢筋混凝土结构疲劳性能的研究几乎还是空白,建议今后加强这些方面的研究。
四 有关轴向受力的计算
例一,某四层四跨现浇框架结构的第二层内柱,轴向力设计值N=140?104?,楼层高H=5.4m, 混凝土强度等级为C20,钢筋用II级钢筋。
求:柱截面尺寸及纵筋面积。
确定?:l0b?3780350?10.8,
大于轴心变压纵率P;1n,满足要求。选用4根直径16mm的二级钢筋
As?804mm2。
例二,根据建筑的要求,某现浇拴截面尺寸定为250mm x 250 mm。柱高
4m,由两端支承情况决定其计算高度l0=0.7 m, H=2.8m,柱内配有4根直径
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l6mm的II级钢筋(?'S?804mm2)的纵筋;构件混凝土强度等级为C30,钢筋为II级钢筋。柱的设计轴向力N=95?104N
问:截面是否安全。
计算现浇钢筋混凝土轴心受压及偏心受压构件时,如截面的长边或直径小于300mm,则混凝土的强度设计值应乘以系数0.8。当构件质量(如混凝土成型、截面和轴线尺寸等)确有保证时,可不受此限。 本题乘以系数0.8。 O.8。
求?值:由l0b?2800250?11.2, 查表得 ?=0.962
利用公式,并在式中得fc值乘以0.8,得:
??0.8f'c??fc?'s?0.962?0N?.8?15?250?250?310?804?95?104?1.01故截面是安全了。
五 参考文献
过镇海 时旭东 编著 钢筋混凝土原理和分析 清华大学出版社
2003 13