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鋼筋混凝土梁板安全銹蝕率限值探究

文檔作者：張超超曾志興文檔來源：華僑大學(xué)土木工程學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年02月21日
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低溫建筑技術(shù) 2011年第9期(總第159期)
鋼筋混凝土梁板安全銹蝕率限值探究
張超超，
(華僑大學(xué)土木工程學(xué)院，
曾志興
福建泉州362021)
【摘要】 綜合分析了銹蝕鋼筋混凝土梁板性能研究成果，提出了鋼筋混凝土安全銹蝕率的概念，指出鋼筋
混凝土樓板的“安全銹蝕率限值”為10％ ，鋼筋混凝土梁的“安全銹蝕率限值”為5％ ；比較了銹蝕率對鋼筋混凝土
樓板及鋼筋混凝土梁性能的影響，發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土梁對鋼筋銹蝕率更加敏感；提出把銹蝕鋼筋混凝土梁板性能研
究成果與工程檢測加固相結(jié)合，可以避免工程檢測中不必要的載荷實驗，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。
【關(guān)鍵詞】 安全銹蝕率限值；延性性能
【中圖分類號】TU375．2 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 1001—6864{2011)09—0050—03
PRELⅡ D ARY RESEARCH oN THE SAFE LIM rr oF CoRRoSIoN RATE
oF REINFORCED CoNCRETE SLAB AND BEAM
ZHANG Chao—chao． ZENG Zhi·xing
(College of Civil Engineering，Huaqiao University，F(xiàn)ujian Quanzhou 362021，China)
Abstract：The article generally analyzed the research results of the Performance of corrosion reinforced
concrete beam and plate，proposed the concept of“safe limit of corrosion rate”of reinforced concrete，
and proposed that：the“safe limit of corrosion rate”of Reinforced concrete floor can be 10％ ；the
“ safe limit of corrosion rate”of reinforced concrete beam can be 5％ ：This paper compared the influence
generated by the corrosion rate on the performance of reinforced concrete slabs and beams，and found
that reinforced concrete beams are more sensitive to corrosion rate．If we can make a combination of the
research results of the performance of corrosion reinforced concrete beam and plate and the engineering
detection，we may avoid some unnecessary load tests in engineering detection，and this can bring certain
economic benefits。
Key words：the safe limit of corrosion rate；ductility
銹蝕鋼筋的有效截面面積減小，承載能力下降；鐵銹質(zhì)
地疏松、體積較鋼筋膨脹約2—4倍，使得鋼筋與混凝土的粘
結(jié)力下降，削弱其協(xié)同工作的能力，甚至引起混凝土保護(hù)層
脹裂、剝落，進(jìn)一步加快鋼筋銹蝕，形成惡性循環(huán)。目前，對
銹蝕后鋼筋混凝土構(gòu)件性能的研究比較多，但是很少把銹
蝕構(gòu)件性能的研究成果與工程加固相結(jié)合。本文在總結(jié)了
銹蝕鋼筋混凝土梁板性能研究成果的基礎(chǔ)上，提出了鋼筋
混凝土的安全銹蝕率的概念，給出了銹蝕鋼筋混凝土梁和
板的檢測加固意見，對實際工程有一定參考價值。
1 銹蝕鋼筋性能研究
鋼筋銹蝕會引起其有效截面面積減小，銹蝕的不均勻
性還會引起銹坑處應(yīng)力集中，這些必然會影響鋼筋承載力
及變形性能。杜衛(wèi)兵從某大型水庫泄洪閘閘墩獲取直徑分
別為中l(wèi)2、馴9和~25的I級鋼筋2l根，研究鋼筋銹蝕率對
鋼筋承載能力及延性性能的影響。? 試驗采用的鋼筋銹蝕
率(面積銹蝕率)在0．67％ ～5．19％ 。研究結(jié)果表明，鋼筋
銹蝕率不大于5％ 時，鋼筋的名義屈服強(qiáng)度下降幅度不大
于12％ ，名義極限強(qiáng)度的降幅小于16％ ，極限延伸率降幅較
大約為21．2％。另外，袁迎曙等也研究了銹蝕鋼筋的性能，
得出相近的研究成果。
2 銹蝕鋼筋混凝土板性能研究
表1 承載能力
現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板往往因為施工或養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)，
環(huán)境溫度變化，混凝土硬化體積收縮等原因會產(chǎn)生許多微
裂縫；鋼筋混凝土樓板是典型的受彎構(gòu)件，支座及跨中混凝
土受拉，而混凝土抗拉強(qiáng)度較低，在荷載作用下很容易被拉
張超超等：鋼筋混凝土梁板安全銹蝕率限值探究
裂；鋼筋混凝土樓板與空氣接觸面積大，很容易被碳化，進(jìn)
而使鋼筋脫鈍銹蝕；這些因素都會使鋼筋 昆凝土板內(nèi)的鋼
筋產(chǎn)生銹蝕。鋼筋銹蝕又會引起樓板順筋裂縫，甚至混凝土
保護(hù)層脫落，使鋼筋直接暴漏出來，進(jìn)一步加速鋼筋銹蝕。
劉興遠(yuǎn)、林文修等取用重慶市某工業(yè)廠房皮革車間不
51
同銹蝕程度的三塊槽板，進(jìn)行靜載試驗，研究銹蝕率對板承
載能力及變形性能的影響。宴驗結(jié)果 見表1、表2。
實驗結(jié)果顯示板內(nèi)鋼筋銹蝕率控制在15％ 以內(nèi)，槽板
極限承載力下降14％ 一25％ ，但仍能滿足承載力要求，且有
一定安全儲備及變形能力，滿足延性要求。
表2 板二變形能力
黃素清，朱繼華通過數(shù)值模擬與試驗研究相結(jié)合的辦
法，研究了不同鋼筋銹蝕率下，鋼筋混凝土板的性能變化情
況。L3 研究結(jié)果表明，鋼筋銹蝕率為10％時，板極限承載力
下降率約為8％左右。趙根田用建于20世紀(jì)60年代，服役
期已達(dá)40年的某大型冶金企業(yè)鑄鐵車間的大型屋面板，進(jìn)
行了試驗，研究鋼筋銹蝕對鋼筋混凝土屋面板的變形性
能。 所選大型屋面板的板肋混凝土均出現(xiàn)沿主筋方向的
縱向裂縫和豎向裂縫，混凝土保護(hù)層剝落。豎向裂縫寬度
多在0．15mm左右，個別達(dá)0．4mm，沿主筋方向的縱向裂縫
寬度及長度差別較大，寬度在0．5—1．Omm。試驗表明：鋼
筋銹蝕、板肋開裂的屋面板，在荷載作用下尚能正常工作，
并且所有試件均為受彎破壞。正常使用荷載作用下，板的
撓度和裂縫寬度值均小于允許值。
上述研究說明：鋼筋混凝土樓板內(nèi)鋼筋銹蝕率不大于
10％時，樓板承載力下降10％左右，仍能滿足正常使用荷載
要求，且有一定安全儲備；樓板破壞時有足夠的變形，屬延
性破壞。鋼筋混凝土樓板“安全銹蝕率限值”為10％ 。
3 銹蝕鋼筋混凝土梁性能研究
目前，銹蝕鋼筋混凝土梁的研究主要集中在鋼筋開始
銹蝕時間的預(yù)測、銹蝕鋼筋混凝土粱承載能力、銹蝕鋼筋與
混凝土之間粘結(jié)滑移性能、銹蝕鋼筋混凝土梁變形性能、銹
蝕鋼筋混凝土梁的破壞模式等方面。
中國礦業(yè)大學(xué)的袁迎署研究了受力主筋銹蝕(主筋銹
蝕率分別為0％ 、5％ 、10％)，箍筋未銹蝕的三根鋼筋混凝土
簡支梁的承載能力和變形性能。 試件截面尺寸為120mm
×200mm，梁長度為1900mm，主筋保護(hù)層厚度為25rnm，試
驗采用恒定電流法對鋼筋進(jìn)行加速銹蝕。試件極限荷載 j
如表3所示；根據(jù)試驗結(jié)果繪制出三根梁的荷載撓度曲線
圖 J，如圖1所示。
表3 試件承載力
試驗表明，鋼筋混凝土梁的鋼筋銹蝕率不大于5％ 時，
試件有明顯的屈服點，極限承載力降低10％左右，仍能滿足
建筑物在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)荷載下的承載力要求，且有一定安全儲
60
40
20
0 2 4 6 8
撓度，mm
圖1 荷載一撓度曲線
(0)
備；梁延性下降11．2％ 以內(nèi)，破壞時有明顯屈服變形以及破
壞裂縫。梁的鋼筋銹蝕率不大于5％時，混凝土與鋼筋粘結(jié)
性能減弱，但尚能建立起較有效的粘結(jié)，梁破壞形式仍為延
性破壞。當(dāng)鋼筋銹蝕率達(dá)到10％左右，梁屈服點退化，承載
力和剛度較未銹蝕梁發(fā)生明顯下降，結(jié)構(gòu)延性明顯喪失。
沈德建，吳勝興研究了大氣環(huán)境下，銹蝕鋼筋混凝土外
伸梁力學(xué)性能 。試驗試件的鋼筋銹蝕率均小于5％ 。試
驗結(jié)果表明：當(dāng)銹蝕率低于5％ 時，在受彎過程中仍較好地
符合平截面假定；正彎矩區(qū)承載力下降約8．5％ 一12．5％ 左
右，負(fù)彎矩區(qū)承載能力下降約為5％ ；通過對梁跨中荷載一
位移曲線圖分析知道，銹蝕率低于5％ 的鋼筋混凝土梁，在
破壞之前有較大的位移，明顯的破壞征兆，屬于延性破壞。
金偉良等研究了銹蝕對鋼筋混凝土短梁力學(xué)性能的影
響 。研究表明：筋銹蝕率小于9％時，短梁的抗彎抗剪承
載能力幾乎不受影響。
銹蝕鋼筋混凝土梁的試驗研究結(jié)果表明：鋼筋銹蝕率
約為5％的梁，承載能力下降10％左右，仍能滿足正常使用
荷載標(biāo)準(zhǔn)要求，且有一定的安全儲備，鋼筋混凝土梁的“安
全銹蝕率限值”為5％ ；鋼筋銹蝕率不大于5％ 的梁，在破壞
過程中存在明顯的屈服現(xiàn)象，破壞之前有較大的位移裂縫
等破壞征兆，屬于延性破壞。通過銹蝕鋼筋混凝土梁和板
性能的對比發(fā)現(xiàn)，鋼筋銹蝕對梁性能的影響更為顯著。
4 鋼混梁板安全銹蝕率概念在工程檢測加固中的應(yīng)用
(1) 銹蝕率明顯不大于10％ 的樓板以及銹蝕率明顯
不大于5％的粱，若存在明顯銹脹裂縫，只需進(jìn)行嵌縫處理；
若有鐵銹滲出，則要對銹蝕鋼筋進(jìn)行除銹和防銹處理并更
換新的混凝土保護(hù)層。
(2) 銹蝕程度不好判斷的構(gòu)件，首先應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臋z
測方法，檢測鋼筋的銹蝕率；對銹蝕率不大于10％ 的樓板和
銹蝕率不大于5％ 的梁，采取適當(dāng)措施阻止鋼筋的進(jìn)一步銹
z 秣挺
52 低溫建筑技術(shù) 2011年第9期(總第159期)
周邊局部雙層球面 網(wǎng)殼 特征值屈曲分析
李峰， 馬旭
(西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院。 西安710055)
【摘要】 通過對滿應(yīng)力設(shè)計出周邊雙層中間單層的球面網(wǎng)殼進(jìn)行特征值屈曲分析，尋找網(wǎng)殼的薄弱部分；
同時，對相同跨度、相同矢高、相同厚度的雙層網(wǎng)殼建模，對比二者屈曲模態(tài)以及臨界荷載系數(shù)。為了提高局部雙
層網(wǎng)殼的臨界荷載，調(diào)整網(wǎng)殼關(guān)鍵部位的桿件截面以及構(gòu)造方式，重新進(jìn)行特征值屈曲分析。
【關(guān)鍵詞】 滿應(yīng)力設(shè)計；局部雙層網(wǎng)殼；雙層網(wǎng)殼；臨界荷載系數(shù)；用鋼量
【中圖分類號】TU33 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 B 【文章編號】 1001—6864(2011)09—0052—02
網(wǎng)殼按層數(shù)劃分可以分為雙層網(wǎng)殼和單層網(wǎng)殼；雙層
網(wǎng)殼桿件主要承受軸力，整體受力性能好，結(jié)構(gòu)的承載力
高，但是用鋼量較大。單層網(wǎng)殼的結(jié)構(gòu)形式簡潔、美觀、節(jié)
點少，用鋼量少? ，但是穩(wěn)定承載力低。本文對聯(lián)方型局部
雙層網(wǎng)殼建模，對其進(jìn)行特征值屈曲分析并將其和相同條
件下的雙層網(wǎng)殼進(jìn)行對比；找出滿應(yīng)力設(shè)計下局部雙層網(wǎng)
殼模型的薄弱部位，并對其進(jìn)行改進(jìn)；同時結(jié)合用鋼量等因
素對周圍雙層中間單層的局部雙層網(wǎng)殼作出評價。
1 網(wǎng)殼的穩(wěn)定性分析方法
網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析有兩種分析方法，一種是線性
分析方法；一種是非線性分析方法 j。線性分析方法是一
種理想化的情況，屬于結(jié)構(gòu)彈性穩(wěn)定分析，是第一類失穩(wěn)問
題，目的是要求解臨界荷載值；在ANSYS中對應(yīng)的分析類型
是特征值屈曲分析。這種分析方法會高估其承載力，但是
它可以反映出網(wǎng)殼的薄弱部位。
本文對滿應(yīng)力設(shè)計出周邊雙層中間單層的球面網(wǎng)殼進(jìn)
行特征值屈曲分析，由于網(wǎng)殼上施加的荷載并非單位荷載，
因此對本文中所建模型的線性分析不能得出網(wǎng)殼的臨界荷
載具體值，只能得出結(jié)構(gòu)在每一個屈曲模態(tài)時的荷載系數(shù)。
2 局部雙層網(wǎng)殼的特征值屈曲分析
2．1 局部雙層網(wǎng)殼和雙層網(wǎng)殼的特征值屈曲分析
首先建立50m跨度，矢跨比1／5，單層跨度占總跨度比
例為0．539的聯(lián)方型局部雙層網(wǎng)殼模型，雙層部分的厚度是
1．25m。用MST2008對模型進(jìn)行滿應(yīng)力設(shè)計，賦予網(wǎng)殼各個
桿件截面，然后將網(wǎng)殼模型及其桿件和荷載信息一起導(dǎo)入
有限元分析軟件ANSYS，對滿應(yīng)力設(shè)計出的網(wǎng)殼進(jìn)行特征
值屈曲分析。滿應(yīng)力設(shè)計時所采用的荷載組合為：1．2恒載
+1．4活載+0．8風(fēng)載；其中恒載為0．2kN／mm ，活載為
0．5kN／mm ，基本風(fēng)壓為0．35kN／mm 。
對于周圍雙層中間單層的局部雙層網(wǎng)殼來說，單雙層
交接處可以采用不同的處理方式。上述局部雙層網(wǎng)殼模型
采用單雙層連接構(gòu)造一，如圖1所示。節(jié)點1是單層部分邊
界上的節(jié)點，節(jié)點2是最內(nèi)一圈的下弦桿的節(jié)點，最內(nèi)側(cè)一
圈的腹桿(如節(jié)點2和節(jié)點3之間的桿件)按梁單元計算。
當(dāng)達(dá)到一階屈曲模態(tài)時，荷載系數(shù)為10．631，靠近單層
范圍靠近邊界的位置某一節(jié)點處z向位移達(dá)到最大，和該節(jié)
點在同一個圓上的另外一個節(jié)點的z向位移達(dá)到最小值；第
二階、第三階、第四階屈曲模態(tài)的荷載系數(shù)分別是10．631、
蝕；銹蝕率大于10％的樓板和銹蝕率大于5％ 的梁，要進(jìn)行
載荷實驗，根據(jù)實驗結(jié)果進(jìn)行加固。
(3) 銹蝕率明顯大于10％的樓板以及銹蝕率明顯大
干5％ 的梁，可直接進(jìn)行載荷實驗，判斷構(gòu)件能否滿足設(shè)計
承載能力極限狀態(tài)要求，根據(jù)實驗結(jié)果進(jìn)行加固。
5 結(jié)語
由于結(jié)構(gòu)載荷實驗復(fù)雜，費時、費力、實驗費用高、對結(jié)
構(gòu)有損傷，而鋼筋銹蝕率檢測過程簡單，操作方便，方法多
樣，多是無損檢測或?qū)?gòu)件損傷很小。因此，對上述(1)、
(2)兩種情況，可避免不必要的載荷實驗，節(jié)省檢測時間與
檢測成本，具有很大的經(jīng)濟(jì)意義。
參考文獻(xiàn)
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響[J]．華中科技大學(xué)學(xué)報，2003，3(20)：l一3
[收稿日期] 2011—04—22
[作者簡介] 張超超(1985一)，男，河南汝州人．碩士研究生
從事防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)=[：程研究。

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