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四川新都混凝土切割锈蚀钢筋的力学性能

四川新都混凝土切割锈蚀钢筋的力学性能

1.锈蚀钢筋的弹性模量

图12-10给出了锈蚀钢筋弹性模量-平均截面锈蚀率关系。从图中可以看出,随着锈蚀率的增加,钢筋的弹性模量变化不大,近似在某一个确定值附近上下波动。因此,建立锈蚀钢筋应力-应变关系模型的时候可不考虑钢筋弹性模量的变化。

2.锈蚀钢筋的强度

沿钢筋纵向发生均匀锈蚀时,钢筋的质量损失率或平均截面积损失率近似等于其最大截面积损失率,钢筋所能抵抗的极限拉力的降低与钢筋最大截面积损失率基本成正比。此时,可以简单地用锈蚀钢筋的平均截面积A。乘以未锈钢筋

的屈服强度f。和极限强度f.。获得锈蚀钢筋的屈服荷载P,。和极限荷载Pc。

图12-10钢筋锈蚀对弹性模量的影响

图12-10钢筋锈蚀对弹性模量的影响


由于混凝土材料的不均匀性、使用环境的不确定性和钢筋各部位受力程度的不同等因素,实际上混凝土中的钢筋锈蚀很少有均匀锈蚀的情况,钢筋最大截面损失率大于质量损失率,且随着钢筋锈蚀的发展,锈蚀的不均匀性和离散性增大,质量损失率与最大截面积损失率的差异也不断增大。钢筋屈服荷载或极限荷载下降的原因除钢筋截面的锈损和有效截面积减小外,还有一个因素:锈损钢筋的表面凹凸不平,受力以后缺口处产生应力集中。

取锈蚀钢筋的名义屈服强度、名义极限强度分别为其屈服荷载和极限荷载与锈前截面积之比,名义强度相对值为锈蚀钢筋与未锈钢筋名义强度之比。一般大气环境下,混凝土中锈蚀钢筋的拉伸试验结果表明,锈蚀钢筋的名义屈服强度和名义极限强度随着钢筋锈蚀的发展近似按线性关系退化,且名义极限强度比名义屈服强度退化更为明显,如图12-11所示。利用式(12-24)、式(12-25)可以获得锈蚀钢筋的屈服强度和极限强度。

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图12-11锈蚀对钢筋名义屈服强度、名义极限强度的影响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——锈蚀钢筋和未锈钢筋的屈服强度;f.e,fo——锈蚀钢筋和未锈钢筋的极限强度;P。,P。——锈蚀钢筋和未锈钢筋的屈服荷载;P.,P。——锈蚀钢筋和未锈钢筋的极限荷载;A.c,A。——锈蚀钢筋和未锈钢筋的平均截面积;ae,Qm——锈蚀钢筋名义屈服强度和名义极限强度相对值;n.——锈蚀钢筋平均截面损失率或质量损失率。

3.锈蚀钢筋的变形

钢筋锈蚀后,钢筋极限延伸率明显降低。试验结果表明,锈蚀钢筋的极限应变和极限延伸率随截面锈蚀率的变化趋势基本一致:当钢筋平均截面损失率小于0.05时,钢筋的极限延伸率基本上大于规范最小允许值;当钢筋平均截面损失率超过0.10时,钢筋的极限延伸率低于规范最小允许值。图12-12给出了一般大气环境下混凝土中锈蚀钢筋的极限延伸率与钢筋平均截面锈蚀率间的关系。从图中可以看出,随着钢筋锈蚀的发展,锈蚀钢筋的极限延伸率近似按指数关系衰退。式(12-26)给出了锈蚀钢筋极限应变的计算公式。

E..=a..E.。(12-26)

式中Esuc,Esug——锈蚀钢筋和未锈钢筋的极限应变;a。—锈蚀钢筋极限延伸率相对值,见图12-12。

4.锈蚀钢筋的应力一应变关系

在正常的工艺制度和化学成分范围内生产出来的热轧钢筋一般都有明显的屈服点和一定的屈服台阶,并且混凝土结构用钢的屈强比一般在0.67以内。试验结果表明,随着钢筋锈蚀的加剧,屈服台阶明显缩短,甚至消失,钢筋种类和直径不同、锈蚀方法不同,屈服台阶消失时对应的锈蚀率不同,如图12-13所示。

对于一般大气环境下实际混凝土工程中截取的锈蚀钢筋,统计发现变形钢筋和光圆钢筋平均截面锈蚀率分别达到0.2和0.1时屈服平台消失。此外,如前所述,在钢筋锈蚀的发展过程中,锈蚀钢筋极限强度的降低比屈服强度的降低更快,屈强比增大,屈服强度和极限强度更接近,颈缩现象越来越不明显,容易引起结构或构件的突然破坏。基于上述试验现象,同济大

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图12-12锈蚀对钢筋极限延伸率的影响

图12-13锈蚀钢筋(6)的荷载-变形关系曲线

图12-13锈蚀钢筋(6)的荷载-变形关系曲线

学提出了如图12-14所示的锈蚀钢筋应力一应变关系模型。该模型反映了锈蚀率7对钢筋应力-应变(。

一Esc)关系的影响。

图12-14锈蚀钢筋应力-应变关系模型

图12-14锈蚀钢筋应力-应变关系模型


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