腐蚀混凝土桥梁钢筋极限应变预测方法

(西安工业大学建筑工程学院 陕西 西安 710021)

暴露于侵蚀性环境中的混凝土构件会因为氯化物的扩散导致性能退化，腐蚀会对桥梁系统承载能力造成影响，受腐蚀构件退化，使用性能和极限状态衰减，对承受地震荷载的桥梁变得更加关键。传统对腐蚀钢筋的预测中忽略了腐蚀对钢材延展性的影响，得到的预测模型与实际钢筋混凝土中钢筋的劣化情况存在一定的差异，导致在后续关于钢筋混凝土桥梁抗震性能分析中出现问题；基于此，本文将钢材因腐蚀造成的延性退化纳入考虑，通过将其与钢筋损伤计算相结合，得到钢筋极限应变预测方法。

一、腐蚀机理

对于扩散过程，混凝土中氯化物的扩散过程可以用基于菲克第一定律的极限状态方程进行模拟[1]：

(1)

Dapp,C=DRCM,0·A(t)

(2)

(3)

其中，将t时刻钢筋深度x处的实际氯离子浓度C=(x=c,t)与规定腐蚀过程起始的临界氯离子浓度Ccrit进行比较；C0是混凝土的初始氯化物含量，Cs是在t时刻深度x处的氯化物含量；Dapp,C为氯离子扩散系数，DRCM为氯离子渗透系数，A(t)为考虑老化的功能函数，t0=28天=0.0767年(参考初始时间)；

图1 腐蚀起始时间ti概率分布

如图1所示，由于混凝土保护层厚度c为一个正态分布的概率模型，当氯离子侵入混凝土到与混凝土内钢筋发生反应的腐蚀起始时间ti同样为一个具有概率分布的函数。

二、损伤模型

钢筋面积的损失值[2]为：

D(t)=D(0)-2Px(t)

(4)

Px(t)=rcorr·tp

(5)

tp=(t-ti)

(6)

其中，Px为钢筋有效截面面积的腐蚀程度

rcorr为腐蚀速率，tp为腐蚀时间。将钢材损失量与材料延展性退化相关联，采用以下损伤函数：

δs=δ(2-δ)

(7)

(8)

εsu0为钢筋极限应变标准值，Φ0为钢筋直径，根据该方法可计算氯离子环境下钢筋的极限应变变化情况。

三、结论

本文提出的考虑钢材延性退化的腐蚀钢筋极限应变预测方法可以得到与实际钢筋受腐蚀后极限应变退化情况更接近的变化值，对进一步确定氯离子环境下钢筋混凝土桥梁抗震性能变化情况提供更准确的依据。