
1.銹蝕鋼筋的彈性模量
圖12-10給出了銹蝕鋼筋彈性模量-平均截面銹蝕率關系。從圖中可以看出,隨著銹蝕率的增加,鋼筋的彈性模量變化不大,近似在某一個確定值附近上下波動。因此,建立銹蝕鋼筋應力-應變關系模型的時候可不考慮鋼筋彈性模量的變化。
2.銹蝕鋼筋的強度
沿鋼筋縱向發生均勻銹蝕時,鋼筋的質量損失率或平均截面積損失率近似等于其最大截面積損失率,鋼筋所能抵抗的極限拉力的降低與鋼筋最大截面積損失率基本成正比。此時,可以簡單地用銹蝕鋼筋的平均截面積A。乘以未銹鋼筋
的屈服強度f。和極限強度f.。獲得銹蝕鋼筋的屈服荷載P,。和極限荷載Pc。
圖12-10鋼筋銹蝕對彈性模量的影響
由于混凝土材料的不均勻性、使用環境的不確定性和鋼筋各部位受力程度的不同等因素,實際上混凝土中的鋼筋銹蝕很少有均勻銹蝕的情況,鋼筋最大截面損失率大于質量損失率,且隨著鋼筋銹蝕的發展,銹蝕的不均勻性和離散性增大,質量損失率與最大截面積損失率的差異也不斷增大。鋼筋屈服荷載或極限荷載下降的原因除鋼筋截面的銹損和有效截面積減小外,還有一個因素:銹損鋼筋的表面凹凸不平,受力以后缺口處產生應力集中。
取銹蝕鋼筋的名義屈服強度、名義極限強度分別為其屈服荷載和極限荷載與銹前截面積之比,名義強度相對值為銹蝕鋼筋與未銹鋼筋名義強度之比。一般大氣環境下,混凝土中銹蝕鋼筋的拉伸試驗結果表明,銹蝕鋼筋的名義屈服強度和名義極限強度隨著鋼筋銹蝕的發展近似按線性關系退化,且名義極限強度比名義屈服強度退化更為明顯,如圖12-11所示。利用式(12-24)、式(12-25)可以獲得銹蝕鋼筋的屈服強度和極限強度。
圖12-11銹蝕對鋼筋名義屈服強度、名義極限強度的影響PePe Po Asoae Asc PoAo A..1-7'”
Pe_Ps.Pe.Aaaus Ic Je=A.Po'A.A.1-n.o式中fe,fo——銹蝕鋼筋和未銹鋼筋的屈服強度;f.e,fo——銹蝕鋼筋和未銹鋼筋的極限強度;P。,P。——銹蝕鋼筋和未銹鋼筋的屈服荷載;P.,P。——銹蝕鋼筋和未銹鋼筋的極限荷載;A.c,A。——銹蝕鋼筋和未銹鋼筋的平均截面積;ae,Qm——銹蝕鋼筋名義屈服強度和名義極限強度相對值;n.——銹蝕鋼筋平均截面損失率或質量損失率。
3.銹蝕鋼筋的變形
鋼筋銹蝕后,鋼筋極限延伸率明顯降低。試驗結果表明,銹蝕鋼筋的極限應變和極限延伸率隨截面銹蝕率的變化趨勢基本一致:當鋼筋平均截面損失率小于0.05時,鋼筋的極限延伸率基本上大于規范最小允許值;當鋼筋平均截面損失率超過0.10時,鋼筋的極限延伸率低于規范最小允許值。圖12-12給出了一般大氣環境下混凝土中銹蝕鋼筋的極限延伸率與鋼筋平均截面銹蝕率間的關系。從圖中可以看出,隨著鋼筋銹蝕的發展,銹蝕鋼筋的極限延伸率近似按指數關系衰退。式(12-26)給出了銹蝕鋼筋極限應變的計算公式。
E..=a..E.。(12-26)
式中Esuc,Esug——銹蝕鋼筋和未銹鋼筋的極限應變;a。—銹蝕鋼筋極限延伸率相對值,見圖12-12。
4.銹蝕鋼筋的應力一應變關系
在正常的工藝制度和化學成分范圍內生產出來的熱軋鋼筋一般都有明顯的屈服點和一定的屈服臺階,并且混凝土結構用鋼的屈強比一般在0.67以內。試驗結果表明,隨著鋼筋銹蝕的加劇,屈服臺階明顯縮短,甚至消失,鋼筋種類和直徑不同、銹蝕方法不同,屈服臺階消失時對應的銹蝕率不同,如圖12-13所示。
對于一般大氣環境下實際混凝土工程中截取的銹蝕鋼筋,統計發現變形鋼筋和光圓鋼筋平均截面銹蝕率分別達到0.2和0.1時屈服平臺消失。此外,如前所述,在鋼筋銹蝕的發展過程中,銹蝕鋼筋極限強度的降低比屈服強度的降低更快,屈強比增大,屈服強度和極限強度更接近,頸縮現象越來越不明顯,容易引起結構或構件的突然破壞。基于上述試驗現象,同濟大
圖12-12銹蝕對鋼筋極限延伸率的影響
圖12-13銹蝕鋼筋(6)的荷載-變形關系曲線
學提出了如圖12-14所示的銹蝕鋼筋應力一應變關系模型。該模型反映了銹蝕率7對鋼筋應力-應變(。
一Esc)關系的影響。
圖12-14銹蝕鋼筋應力-應變關系模型
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