锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能研究

聂 旸

(西南交通大学土木工程学院，四川成都 611756)

0 引言

钢筋锈蚀将引起钢筋力学性能改变、混凝土保护层开裂以及钢筋与混凝土间粘结强度改变[1]，从而使得钢筋混凝土结构在正常使用极限状态和承载能力极限状态下的性能也随之发生变化。

针对锈蚀钢筋混凝土梁的斜截面抗剪性能，国内外学者开展了较为系统的研究，对钢筋锈蚀前后的抗剪破坏形态、承载能力、变形能力等进行了对比分析，并取得了较为丰富的研究成果。本文拟通过对试验和理论两方面研究成果的总结，对锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪性能做一综述，为锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力评估提供技术依据。

1 抗剪性能试验

1.1 试验概况

自2004年起，我国学者开展了一系列针对锈蚀钢筋混凝土梁斜截面抗剪性能的试验，试验参数主要包括剪跨比、钢筋锈蚀范围以及钢筋锈蚀率等[2-5]。所有试件均采用电化学锈蚀法对试验梁的箍筋和纵筋进行加速锈蚀，并在锈蚀完成后采用失重法测定钢筋的锈蚀率。

锈蚀后钢筋混凝土梁的斜截面抗剪承载力试验均采用如图1所示的跨中两点加载法，加载点的具体位置根据剪跨比确定。

图1 锈蚀钢筋混凝土梁斜截面抗剪试验示意图

1.2 试验结果与分析

1.2.1 破坏形态

从试验可知，锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪破坏形态主要有以下特点[2-5]:

1)锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪破坏形态与普通钢筋混凝土梁基本一致。剪跨比是决定锈蚀钢筋混凝土梁抗剪破坏形态的主要参数。剪跨比不同时，锈蚀钢筋混凝土梁可能发生斜压、剪压和斜拉破坏。

2)锈蚀率较高的钢筋混凝土梁，可能发生类似少筋梁的剪切破坏，从而导致其抗剪延性大幅度降低。

1.2.2 裂缝

发生剪压破坏的锈蚀钢筋混凝土梁，其裂缝发展规律与普通钢筋混凝土梁基本相同。斜裂缝首先出现在集中荷载与支座之间，方向为集中荷载加载点与支座的连线方向。随着荷载的增大，在上述斜裂缝集中区域将出现一条宽度较大的主裂缝。该主裂缝一出现即迅速扩展、延伸，并最终导致剪压区混凝土面积减少、发生混凝土压碎破坏。

1.2.3 抗剪承载能力

锈蚀程度对钢筋混凝土梁的斜截面抗剪性能影响较大。相关试验表明，箍筋锈蚀程度对梁斜截面抗剪开裂荷载的影响较小，但是对抗剪承载力影响较大。根据箍筋锈蚀程度以及梁的剪跨比的不同，锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力降低程度约在10%～30%不等。

引起锈蚀钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力降低的因素主要有以下几方面:

1)箍筋锈蚀减小了斜截面上的配箍率，这将直接导致梁的斜截面抗剪承载力降低。

2)箍筋锈蚀导致其与混凝土间的粘结性能退化，从而影响箍筋对混凝土的约束作用，降低了斜截面混凝土的骨料咬合作用。

3)锈胀裂缝导致梁截面四周的保护层部分混凝土过早剥落，从而减小了混凝土的抗剪截面面积。

1.2.4 挠度

试验结果表明，相同荷载作用下锈蚀钢筋混凝土梁的挠度大于普通钢筋混凝土梁，即锈蚀钢筋混凝土梁的刚度低于普通钢筋混凝土梁。这与锈蚀钢筋混凝土梁在受力前即存在锈胀裂缝，并且锈蚀后钢筋与混凝土之间的粘结性能退化有关。

2 抗剪承载能力计算

锈蚀钢筋混凝土梁的斜截面抗剪承载力主要受以下两方面因素影响[6-8]:

1)混凝土截面损伤和钢筋截面损失，以及上述两种材料力学性能退化;2)钢筋与混凝土之间的粘结性能退化，二者难以协同工作。

为考虑上述因素的影响，并从工程应用角度出发，国内外学者在现行计算理论的基础上提出了如下集中荷载作用下锈蚀钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力计算模型[7]:

其中，V为锈蚀钢筋混凝土抗剪承载力;fyvcor为锈蚀箍筋的屈服强度;Asv为配置在同一截面内锈蚀箍筋各肢全部截面面积;fc为混凝土轴心抗压强度;s为箍筋间距;b为截面宽度;h0为截面有效高度;λ为剪跨比;N为轴向压力;β为考虑钢筋锈蚀引起混凝土抗剪强度降低的影响系数，经试验结果分析可知:

其中，ηs为箍筋截面锈蚀率，定义为已锈蚀面积与原始截面面积的比值，即ηs=(A0－Asv)/A0。

3 结语

本文较为系统地总结了锈蚀钢筋混凝土梁斜截面抗剪性能的现有研究成果，从试验研究和承载能力计算两方面对锈蚀钢筋混凝土梁的斜截面抗剪性能进行了分析，主要成果包括:

1)锈蚀钢筋混凝土梁抗剪破坏形态与剪跨比直接相关。箍筋的锈蚀程度对梁斜截面抗剪开裂荷载的影响较小，但是对梁斜截面抗剪承载力影响较大。锈蚀钢筋混凝土梁的挠度明显大于普通钢筋混凝土梁。

2)总结了现有研究成果，并建议采用文献[7]提出的锈蚀钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力计算模型。

[1]惠云玲，李 荣，林志忠.混凝土基本构件锈蚀前后性能研究[J].工业建筑，1997，26(6):22-32.

[2]徐善华，牛荻涛.锈蚀钢筋混凝土简支梁斜截面抗剪性能研究[J].建筑结构学报，2004，25(5):98-104.

[3]李 冰，高向华，王小惠.局部区段锈蚀的钢筋混凝土梁抗剪承载力试验研究[J].混凝土与水泥制品，2010，176(6):60-65.

[4]曾志兴，宋小雷.锈蚀钢筋混凝土梁静承载力性能试验[J].华侨大学学报(自然科学版)，2011，32(1):92-95.

[5]熊进刚，霍艳华.锈蚀钢筋混凝土简支梁斜截面受剪性能试验研究[J].四川建筑科学研究，2009，35(3):10-13.

[6]李士彬，张 鑫，贾留东.箍筋锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力分析[J].工程力学，2011，28(6):60-79.

[7]倪国荣，戎冠纶.钢筋锈蚀对混凝土梁抗剪性能的影响[J].混凝土与水泥制品，2005，144(4):4-6.

[8]王小惠，刘西拉.锈蚀钢筋混凝土梁的斜截面抗剪承载力[J].上海交通大学学报，2007，41(6):944-949.