王志磊

摘要：鋼筋混凝土（RC）簡支梁橋由于車輛荷載及各種物理的和化學(xué)的作用，出現(xiàn)了不同程度的損傷，其中相當(dāng)多的一部分己被列入危舊橋梁急待評(píng)定、決策和處理。與橋的安全關(guān)系最密切的是橋面梁的受彎承載力。提出了用鋼筋作用系數(shù)反映粘結(jié)破壞對(duì)在用鋼筋混凝土簡支橋面梁受彎承載力的影響以及在用鋼筋混凝土簡支橋面梁受彎承載力的估算力法。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土簡支橋面梁;耐久性損傷

一、受彎承載力估算

1.影響因素

耐久性損傷對(duì)RC構(gòu)件受彎承載力的影響主要反映在以下兩個(gè)方面截面變化、材料力學(xué)性能變化以及鋼筋與混凝土共同工作性能變化。截面變化包括構(gòu)件的截面損失和鋼筋的截面損失。橋面梁的截面損失一般為受拉區(qū)混凝土保護(hù)層脫落，這對(duì)其受彎承載力影響不大;而鋼筋截面損失對(duì)梁的受彎承載力的影響不能忽略。材料力學(xué)性能主要指鋼筋和混凝土的強(qiáng)度。混凝土的強(qiáng)度取現(xiàn)場實(shí)測的結(jié)果，鋼筋未銹蝕部分的強(qiáng)度可取原設(shè)計(jì)強(qiáng)度。當(dāng)鋼筋銹蝕到一定程度時(shí)，保護(hù)層沿鋼筋產(chǎn)生裂縫，鋼筋和混凝土之間粘結(jié)強(qiáng)度降低。在荷載作用下，二者相對(duì)滑移增大，鋼筋應(yīng)變分布趨于均勻，最大彎矩截面處鋼筋的應(yīng)變小于其周圍混凝土的平均應(yīng)變，使受彎承載力降低。

2.估算方法

由上述影響因素分析可知，在己知鋼筋銹后面積和混凝土實(shí)際強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，影響梁受彎承載力的主要因素是鋼筋與混凝土的共同工作性能，粘結(jié)破壞的鋼筋在屈服之前，梁己經(jīng)達(dá)到受彎承載力，鋼筋不能充分發(fā)揮作用。

3.估算步驟

1.確定危險(xiǎn)截面，即需要估算受彎承載力的截面;

1.1 實(shí)測截面尺寸、混凝土強(qiáng)度（換算為軸心抗壓強(qiáng)度，取平均值）、鋼筋強(qiáng)度和鋼筋銹后截面面積（鋼筋取樣有困難時(shí)可近似取鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值;保護(hù)層完好的鋼筋截面面積可近似取公稱直徑計(jì)算）;

1.2 根據(jù)混凝土保護(hù)層的損傷情況，確定各鋼筋的作用系數(shù)aE，計(jì)算各鋼筋的等效面積，求和得到鋼筋的總等效面積;

二、試驗(yàn)

1.試件

采用從某橋拆下的3根簡支板梁（l1、L2和L3）作為試件。某橋建于1964年經(jīng)過50多年的使用，橋面板梁發(fā)生了不同程度的耐久性損傷。試驗(yàn)用的3根板梁的損傷情況為：L1損傷最輕僅一側(cè)角部混凝土剝落，一根主筋外露，其它僅有一些輕微的銹脹裂縫;L2損傷較重，梁底部兩側(cè)的混凝土均有剝落，3根主筋外露（局部4根），最外側(cè)的1根主筋在跨中約4m長的范圍內(nèi)與混凝土基本脫離，L3損傷最重，梁底部兩側(cè)的混凝土均有剝落4根主筋外露（局部6根），其中最外兩側(cè)的2根主筋在跨中約5～6m長的范圍內(nèi)與混凝土完全脫離，另外2根主筋與混凝土部分脫離。 3根板梁都是長680cm，設(shè)計(jì)截面寬99cm，高40cm。梁底縱向受力筋為12 Φ20

試驗(yàn)后，在每根板梁支座附近各選3根基本未銹蝕的鋼筋進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，量測鋼筋的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度，結(jié)果見表2（表中的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度均按鋼筋的實(shí)測面積求得）。3根板梁鋼筋的面積、強(qiáng)度實(shí)測值有一定的離散性，分別取各自的平均值作為未銹鋼筋的面積和強(qiáng)度。

受試驗(yàn)條件限制，本文沒有進(jìn)行銹蝕鋼筋的拉伸試驗(yàn)，認(rèn)為銹蝕后鋼筋強(qiáng)度不變。

明顯銹蝕的鋼筋（長15cm左右），采用稱重法量測其截面面積;基本未銹蝕鋼筋的截面面積取為相應(yīng)板梁拉伸試驗(yàn)中所用鋼筋截面面積的平均值。量測結(jié)果為L1，L2和L3跨中截面鋼筋總面積分別3629、3385和3240mm2，相當(dāng)于幾鋼筋銹蝕前（按公稱直徑計(jì)算）的96.3%，89.8%和85.9%。

采用取芯法檢測混凝土的強(qiáng)度，L1、L2和L3混凝}_的強(qiáng)度分別為34.9，44.6，40.4MPa。

2.試驗(yàn)裝置及量測

根板梁均采用兩端簡支，在三分點(diǎn)處施加對(duì)稱集中荷載。采用液壓千斤頂單調(diào)分級(jí)加載，當(dāng)跨中撓度超過板梁凈跨的1/50時(shí)，停止加載。

量測不同截面處的鋼筋應(yīng)變和板梁6分點(diǎn)處的位移除L1的部分應(yīng)變片布置在一根保護(hù)層開裂但未剝落的主筋上外，其余鋼筋應(yīng)變片均布置在外露的主筋上。

3.試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1破壞特征。加載后，跨中裂縫一般都是在原有裂縫的基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)展;隨著荷載的增加，陸續(xù)出現(xiàn)一些新的裂縫。當(dāng)梁進(jìn)入塑性階段時(shí)，裂縫基本出齊，僅純彎段的3～ 4條裂縫加寬。在整個(gè)梁長范圍內(nèi)，L1，L2和L3的裂縫數(shù)分別大致為21根、12根和14根。L2和L3的裂縫間距相差不明顯，但L1的裂縫間距明顯小于L2、L3的裂縫間距，說明隨著鋼筋銹蝕程度的增加，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)作用降低，裂縫平均間距增大。雖然試驗(yàn)板梁外側(cè)的主筋銹蝕嚴(yán)重，但由于內(nèi)側(cè)的主筋并未銹蝕或銹蝕很少與混凝土粘結(jié)完好，所以板梁仍表現(xiàn)出適筋梁的破壞特征。

3.2受彎承載力。在試驗(yàn)的加載方式下板梁的跨中截面為危險(xiǎn)截面;并且由于跨中截面損傷最為嚴(yán)重，所以通過跨中截面的知來研究板梁的受彎承載力。

圖1為3根板梁實(shí)測跨中截面彎矩一撓度曲線（不包括梁自重下的彎矩和撓度）。

L1，L2和L3的跨中最大彎矩分別為317.3，282.8和277.2KN*m。達(dá)到最大彎矩時(shí)，板梁開裂己經(jīng)很嚴(yán)重，梁的跨中撓度或壓區(qū)混凝土的破壞己超過《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB50152一92）的規(guī)定。為安全起見，取板梁跨中彎矩一撓度曲線的“彈性階段”與“塑性階段”之間過渡段彎矩的平均值作為板梁的受彎承載力。

由此得到的L1，L2和L3的受彎承載力分別為284.1，246.6和233 . 2 KN*m?？梢婋S著損傷程度的加重梁的承載力降低。

3.3鋼筋應(yīng)變。因嚴(yán)重銹蝕而失去了保護(hù)層的鋼筋和混凝土的粘結(jié)作用減弱甚至在一定長度范圍內(nèi)消失，應(yīng)變沿全長的分布較為均勻。如圖2a，2b的S2和S3，S7和S8分別為板梁L1同一鋼筋不同截面處的鋼筋應(yīng)變，其中S2， S3對(duì)應(yīng)的鋼筋保護(hù)層接近完好，S7 ， S8對(duì)應(yīng)的鋼筋保護(hù)層脫落、鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)作用差，荷載相同時(shí)，S2，S3相差較大，而 S7， S8相差較小。

三、估算方法驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)上述估算方法的可靠性，對(duì)文獻(xiàn)中的試驗(yàn)梁實(shí)際受彎承載力進(jìn)行估算;試驗(yàn)梁共有24根，其中完好梁8根，損傷梁16根。損傷梁的順筋銹蝕裂縫寬度在0.6～2.5mm之間，根據(jù)表1，一致取梁的鋼筋作用系數(shù)ae =0.9。按提供的數(shù)據(jù)（不計(jì)受壓區(qū)鋼筋的影響），分別對(duì)完好梁和損傷梁的實(shí)際受彎承載力進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如下：

對(duì)完好梁的n值（n為本文方法的受彎承載力估算值與試驗(yàn)值之比）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到，n=0.94，σ=0.060;對(duì)損傷梁的n，：值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到n=0.93，σ=0.038。損傷梁的估算結(jié)果和完好梁的計(jì)算結(jié)果精確程度接近，當(dāng)保護(hù)層順筋開裂較嚴(yán)重但僅局部有剝落時(shí)，取aE=0.9進(jìn)行損傷梁受彎承載力的估算符合精度要求。

四、結(jié)束語

本文引入鋼筋作用系數(shù)的概念來反映鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)損傷對(duì)受彎承載力的影響，提出了在用RC簡支橋面梁受彎承載力的估算方法，為有關(guān)橋梁管理部門對(duì)簡支梁橋進(jìn)行安全評(píng)估及加固、維修決策提供了可用的方法。