腐蝕混凝土橋梁鋼筋極限應(yīng)變預(yù)測方法

(西安工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院 陜西 西安 710021)

暴露于侵蝕性環(huán)境中的混凝土構(gòu)件會因為氯化物的擴(kuò)散導(dǎo)致性能退化，腐蝕會對橋梁系統(tǒng)承載能力造成影響，受腐蝕構(gòu)件退化，使用性能和極限狀態(tài)衰減，對承受地震荷載的橋梁變得更加關(guān)鍵。傳統(tǒng)對腐蝕鋼筋的預(yù)測中忽略了腐蝕對鋼材延展性的影響，得到的預(yù)測模型與實際鋼筋混凝土中鋼筋的劣化情況存在一定的差異，導(dǎo)致在后續(xù)關(guān)于鋼筋混凝土橋梁抗震性能分析中出現(xiàn)問題；基于此，本文將鋼材因腐蝕造成的延性退化納入考慮，通過將其與鋼筋損傷計算相結(jié)合，得到鋼筋極限應(yīng)變預(yù)測方法。

一、腐蝕機(jī)理

對于擴(kuò)散過程，混凝土中氯化物的擴(kuò)散過程可以用基于菲克第一定律的極限狀態(tài)方程進(jìn)行模擬[1]：

(1)

Dapp,C=DRCM,0·A(t)

(2)

(3)

其中，將t時刻鋼筋深度x處的實際氯離子濃度C=(x=c,t)與規(guī)定腐蝕過程起始的臨界氯離子濃度Ccrit進(jìn)行比較；C0是混凝土的初始氯化物含量，Cs是在t時刻深度x處的氯化物含量；Dapp,C為氯離子擴(kuò)散系數(shù)，DRCM為氯離子滲透系數(shù)，A(t)為考慮老化的功能函數(shù)，t0=28天=0.0767年(參考初始時間)；

圖1 腐蝕起始時間ti概率分布

如圖1所示，由于混凝土保護(hù)層厚度c為一個正態(tài)分布的概率模型，當(dāng)氯離子侵入混凝土到與混凝土內(nèi)鋼筋發(fā)生反應(yīng)的腐蝕起始時間ti同樣為一個具有概率分布的函數(shù)。

二、損傷模型

鋼筋面積的損失值[2]為：

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

(4)

Px(t)=rcorr·tp

(5)

tp=(t-ti)

(6)

其中，Px為鋼筋有效截面面積的腐蝕程度

rcorr為腐蝕速率，tp為腐蝕時間。將鋼材損失量與材料延展性退化相關(guān)聯(lián)，采用以下?lián)p傷函數(shù)：

δs=δ(2-δ)

(7)

(8)

εsu0為鋼筋極限應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)值，Φ0為鋼筋直徑，根據(jù)該方法可計算氯離子環(huán)境下鋼筋的極限應(yīng)變變化情況。

三、結(jié)論

本文提出的考慮鋼材延性退化的腐蝕鋼筋極限應(yīng)變預(yù)測方法可以得到與實際鋼筋受腐蝕后極限應(yīng)變退化情況更接近的變化值，對進(jìn)一步確定氯離子環(huán)境下鋼筋混凝土橋梁抗震性能變化情況提供更準(zhǔn)確的依據(jù)。