關(guān)華深，林剛（.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門(mén)供電局，廣東 江門(mén)59000；.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣州 50663）

腐蝕鋼筋混凝土構(gòu)件承載力模型評(píng)述

關(guān)華深1，林剛2
（1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門(mén)供電局，廣東 江門(mén)529000；2.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣州 510663）

混凝土中鋼筋腐蝕后，會(huì)導(dǎo)致鋼筋橫截面面積減少，鋼筋力學(xué)性能退化；受壓區(qū)鋼筋腐蝕，產(chǎn)生銹脹壓力，使受壓區(qū)混凝土處于雙向應(yīng)力狀態(tài)，混凝土抗壓強(qiáng)度降低；混凝土保護(hù)層開(kāi)裂、脫落、混凝土與鋼筋黏結(jié)強(qiáng)度退化，腐蝕鋼筋混凝土構(gòu)件承載力降低。論文從試驗(yàn)、有限元計(jì)算和理論模型三方面總結(jié)了當(dāng)前腐蝕鋼筋混凝土構(gòu)件承載力模型，并對(duì)腐蝕鋼筋混凝土構(gòu)件承載力模型進(jìn)行了展望。

腐蝕；鋼筋；承載力模型

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.002

1　引言

混凝土中鋼筋腐蝕對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)承載力影響機(jī)理如圖1所示：鋼筋腐蝕后，會(huì)導(dǎo)致鋼筋橫截面面積減少，鋼筋力學(xué)性能退化；受壓區(qū)鋼筋腐蝕，產(chǎn)生銹脹壓力，使受壓區(qū)混凝土處于雙向應(yīng)力狀態(tài)，混凝土抗壓強(qiáng)度降低；混凝土保護(hù)層開(kāi)裂、脫落、混凝土與鋼筋黏結(jié)強(qiáng)度退化，使鋼筋與混凝土不能協(xié)調(diào)工作、共同承受載荷。

腐蝕鋼筋混凝土構(gòu)件的承載力受很多因素的影響，如構(gòu)件形狀、剪跨比、混凝土強(qiáng)度、保護(hù)層厚度、配筋率、鋼筋腐蝕程度等，因此腐蝕鋼筋混凝土構(gòu)件承載力的計(jì)算是個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，一個(gè)模型很難考慮所有因素。目前，對(duì)腐蝕鋼筋混凝土構(gòu)件承載能力的研究，按照研究方法分類(lèi)，大致可以分為以下3類(lèi)：(1)試驗(yàn)研究；(2)基于試驗(yàn)基礎(chǔ)的有限元分析；(3)建立力學(xué)模型進(jìn)行理論分析。

圖1　腐蝕影響混凝土結(jié)構(gòu)承載力機(jī)理

2　試驗(yàn)研究

Uomoto和M isra[1]研究了海洋混凝土結(jié)構(gòu)承載力與腐蝕程度的關(guān)系，指出鋼筋腐蝕所產(chǎn)生的縱向順筋裂縫大大降低了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和延性，并指出當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)順筋裂縫時(shí)，必須對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)。Yoon等[2]通過(guò)加速腐蝕試驗(yàn)，對(duì)不同腐蝕程度的鋼筋混凝土梁進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)腐蝕程度大于3%時(shí)，黏結(jié)力退化是結(jié)構(gòu)抗彎承載力下降的主要原因，并且隨著腐蝕程度的加深，梁的破壞模式由抗彎破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟衅茐摹odriguez等[3]對(duì)6類(lèi)不同腐蝕程度的鋼筋混凝土梁進(jìn)行了承載力測(cè)試，并考慮腐蝕鋼筋截面積減少、力學(xué)性能退化、腐蝕鋼筋與混凝土間黏結(jié)性能的變化等因素建立腐蝕鋼筋混凝土梁的抗彎和抗剪承載力預(yù)測(cè)模型。Huang和Yang[4]通過(guò)對(duì)32根鋼筋混凝土梁電化學(xué)腐蝕，測(cè)試了不同腐蝕程度梁的承載力，發(fā)現(xiàn)對(duì)高強(qiáng)度混凝土梁和有初始缺陷的梁而言，在鋼筋腐蝕程度比較小的情況下，承載力也有明顯的下降。Mangat和Elgarf[5]通過(guò)四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)對(duì)不同腐蝕程度的鋼筋混凝土梁承載力進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)鋼筋腐蝕程度較低時(shí)，極限抗彎承載力影響很小，而當(dāng)腐蝕程度增加到一定程度時(shí)，承載力急劇下滑，將其主要?dú)w因于鋼筋與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度的降低，同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，在相同腐蝕程度時(shí)，鋼筋腐蝕速率越快，極限承載力下降越多。易偉建和趙新[6]設(shè)計(jì)的一套試驗(yàn)裝置，對(duì)腐蝕鋼筋混凝土梁進(jìn)行了準(zhǔn)長(zhǎng)期靜力荷載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)腐蝕梁剛度下降，并且可以通過(guò)模態(tài)識(shí)別的方法識(shí)別腐蝕梁的剛度。袁迎曙等[7]對(duì)三根腐蝕鋼筋混凝土梁的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，指出腐蝕鋼筋力學(xué)性能退化和腐蝕鋼筋與混凝土間黏結(jié)性能的降低是導(dǎo)致鋼筋混凝土梁承載力下降的主要因素?；菰屏岬萚8]對(duì)30多個(gè)腐蝕前后的混凝土構(gòu)件進(jìn)行受彎和受壓的試驗(yàn)研究,分析了腐蝕后構(gòu)件的受力性能和破壞形態(tài)。金偉良和趙羽習(xí)[9]試驗(yàn)研究了不同腐蝕程度的鋼筋混凝土梁的抗彎承載力，并給出了相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式。牛荻濤等[10]對(duì)自然暴露10a的鋼筋混凝土梁按照腐蝕程度進(jìn)行分類(lèi)，測(cè)試了其剩余承載力。張偉平等[11]對(duì)自然腐蝕與外加電流加速腐蝕兩種條件下的腐蝕鋼筋及腐蝕鋼筋混凝土梁進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)研究。陶峰等[12]對(duì)一批老化（使用了36a）的混凝土構(gòu)件進(jìn)行了承載力測(cè)試，研究了腐蝕構(gòu)件的受力性能和破壞形態(tài)。黃振國(guó)等[13]對(duì)在實(shí)際化工腐蝕環(huán)境中服役十年以上的構(gòu)件進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并給出了相應(yīng)的腐蝕鋼筋混凝土梁承載力的計(jì)算方法。

3　有限元模型

基于試驗(yàn)基礎(chǔ)的有限元分析是腐蝕鋼筋混凝土構(gòu)件承載力研究的另一方面。Coronelli和Gambarova[14]利用非線性有限元程序研究了腐蝕鋼筋混凝土梁在正常使用狀態(tài)和極限狀態(tài)的承載力，在其數(shù)值模型中，采用分離式模型來(lái)模擬鋼筋與混凝土，并通過(guò)界面單元考慮腐蝕后鋼筋與混凝土的黏結(jié)滑移。Lee等[15]利用非線性有限元程序分析了腐蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載力，在其數(shù)值模型中，利用彈簧單元模擬鋼筋與混凝土之間的滑移并考慮了腐蝕鋼筋屈服強(qiáng)度的下降。袁迎曙等考慮了腐蝕鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和腐蝕鋼筋與混凝土的黏結(jié)應(yīng)力-滑移關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上建立了腐蝕鋼筋混凝土梁的數(shù)值模型，對(duì)腐蝕鋼筋混凝土梁進(jìn)行了計(jì)算分析，繪出了相應(yīng)的荷載變形曲線。惠卓等[16]應(yīng)用三維有限元分析腐蝕鋼筋混凝土構(gòu)件承載能力。曾珂等[17]考慮腐蝕鋼筋混凝土構(gòu)件混凝土和鋼筋之間的相對(duì)滑移，運(yùn)用非線性彈簧單元?jiǎng)偠鹊淖兓M混凝土和鋼筋之間黏結(jié)能力退化，建立了腐蝕鋼筋混凝土構(gòu)件有限元分析模型。Ster等[18]利用CASTEM 2000對(duì)均勻腐蝕和局部腐蝕的鋼筋混凝土抗彎承載能力進(jìn)行了有限元分析。

4　力學(xué)模型

建立力學(xué)模型對(duì)腐蝕鋼筋混凝土構(gòu)件的承載力進(jìn)行理論預(yù)測(cè)很有意義。周燕[19]，Nowak[20]直接用腐蝕后鋼筋面積代替未腐蝕時(shí)鋼筋面積，腐蝕后鋼筋實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度代替未腐蝕時(shí)鋼筋屈服強(qiáng)度，利用現(xiàn)有的規(guī)范對(duì)腐蝕鋼筋混凝土抗彎承載能力進(jìn)行計(jì)算，未考慮腐蝕后鋼筋與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度降低對(duì)結(jié)構(gòu)承載力影響。為了體現(xiàn)黏結(jié)強(qiáng)度降低對(duì)構(gòu)件抗彎承載力影響，陶峰等，惠云玲等對(duì)不考慮黏結(jié)強(qiáng)度降低計(jì)算的抗彎強(qiáng)度乘以黏結(jié)強(qiáng)度折減系數(shù)來(lái)考慮黏結(jié)強(qiáng)度降低對(duì)承載力影響，其中黏結(jié)強(qiáng)度折減系數(shù)為裂縫寬度函數(shù)。金偉良和趙羽習(xí)也用類(lèi)似辦法考慮黏結(jié)強(qiáng)度降低對(duì)承載力影響，不同的是黏結(jié)強(qiáng)度折減系數(shù)為鋼筋腐蝕程度的函數(shù)。錢(qián)稼茹等[21]提出了用鋼筋作用系數(shù)反映黏結(jié)強(qiáng)度降低對(duì)鋼筋混凝土簡(jiǎn)支橋面梁受彎承載力的影響。Wang等[22]認(rèn)為腐蝕鋼筋混凝土梁力學(xué)性能介于完全黏結(jié)梁和完全無(wú)黏結(jié)梁之間，根據(jù)完全黏結(jié)梁、完全無(wú)黏結(jié)梁和腐蝕梁的平均極限黏結(jié)強(qiáng)度之間的關(guān)系推導(dǎo)了腐蝕梁的變形協(xié)調(diào)關(guān)系，建立了兩集中力作用下腐蝕鋼筋混凝土梁的抗彎承載力模型。金偉良等[23]考慮腐蝕鋼筋混凝土梁中材料性能的退化和鋼筋與混凝土黏結(jié)性能的退化，建立了腐蝕鋼筋混凝土梁承載力的計(jì)算模型。受壓區(qū)鋼筋腐蝕導(dǎo)致混凝土處于雙向應(yīng)力狀態(tài)，混凝土抗壓強(qiáng)度降低。Capozucca和Cerri[24]研究了受壓區(qū)鋼筋腐蝕對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承載力的影響，提出了用受壓區(qū)損傷因子表征混凝土抗壓強(qiáng)度的降低，并利用模態(tài)識(shí)別的方法識(shí)別了受壓區(qū)鋼筋不同程度腐蝕時(shí)的損傷因子。吳瑾考慮混凝土受壓區(qū)鋼筋腐蝕抗壓強(qiáng)度降低，建立了腐蝕鋼筋混凝土構(gòu)件承載力評(píng)估模型。張喜德等[25]通過(guò)試驗(yàn)研究了受壓區(qū)鋼筋腐蝕量與混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，給出了受壓區(qū)鋼筋腐蝕混凝土梁抗彎強(qiáng)度的計(jì)算方法。

5　結(jié)語(yǔ)

總之，以上研究大多以平截面假定為依據(jù)，采用協(xié)同工作系數(shù)近似考慮黏結(jié)性能降低對(duì)結(jié)構(gòu)承載力影響，沒(méi)有很好地解決腐蝕鋼筋混凝土梁平截面假定不成立情況下抗彎強(qiáng)度的計(jì)算。雖有少數(shù)文獻(xiàn)推導(dǎo)了腐蝕鋼筋混凝土梁的變形協(xié)調(diào)條件，建立了腐蝕梁抗彎承載力模型，但其模型只適用特定加載條件。因此很有必要對(duì)腐蝕鋼筋混凝土梁進(jìn)行抗彎承載力分析，建立不滿足平截面假定下的抗彎強(qiáng)度計(jì)算方法。

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The Reviews on Load Capacity of Corrode Reinforcement Concrete Component

GUAN Hua-shen1,LIN Gang2
（1.JiangmenPowerSupply Bureau of GuangdongPowerGridCo.Ltd.,Jiangmen 529000,China；2.GuangdongElectricPowerDesign Institute,ChinaEnergyEngineeringGroupCo.Ltd.,Guangzhou 510663,China）

Reinforcement corrosion in concrete has been identified as one of the most predom inant degradation mechanisms in reinforced concrete(RC)structures,which leads to series of structural degradations,such as reduction of the cross-section area of reinforcement,cracking,spallingand delaminatingofconcretecoverand lossofconcrete-steelbond strength,and thusseverely reduces the load-carrying capacityofconcretestructures.In thispaper load capacitymodelsofcorrode reinforcementconcretecomponenthave been reviewedaccording toexperimental、FEA and theoreticalmodels.A lso theprospectof the load capacitymodelhasbeenmadebased on thereviewsabove.

corrosion;rebar;load capacitymodel

TU501；TU528.571

B

1007-9467（2016）11-0022-03

關(guān)華深（1977～），男，廣東新會(huì)人，高級(jí)工程師，從事工程技術(shù)研究。

2016-05-24