304不銹鋼鋼筋混凝土梁受彎性能研究

張 龍 錢 鵬 張俊杰 楊佳進 施佳楠 宋曉飛

(南京理工大學泰州科技學院，江蘇 泰州 225300)

1 概述

國外不銹鋼鋼筋的出現時間較早，因此近幾十年來，國外對不銹鋼鋼筋和不銹鋼鋼筋混凝土構件進行了大量的抗腐蝕性能方面試驗研究，鮮有對于不銹鋼鋼筋混凝土構件的受力性能方面的研究。

國內不銹鋼鋼筋出現的時間相對較晚，因此對不銹鋼鋼筋混凝土構件的研究較少，為了解國產不銹鋼鋼筋性能，進一步明晰了不銹鋼鋼筋混凝土梁受彎性能[1]，因此需要對由國內生產的不銹鋼鋼筋構成的混凝土構件抗彎性能進行研究。

環境侵蝕嚴重地區的混凝土結構中的鋼筋銹蝕已成為土木工程結構安全的重大隱患。特別是在水工結構、港灣結構、鐵路橋梁、公路橋梁等及大量摻入海砂的混凝土結構[1]，通過使用不銹鋼鋼筋替代普通混凝土低碳鋼，可以有效隔絕鋼筋和空氣中的氯離子發生反應，從源頭上解決了鋼筋的銹蝕問題，減小日后的維護和保養費用，提髙結構的耐久性[2]。

2 材料基本性能

本次實驗采用不銹鋼螺紋鋼作為混凝土梁受力鋼筋，不銹鋼鋼筋混凝土梁采用的受力筋為江蘇宇皓制造的304不銹鋼螺紋鋼筋，直徑為14 mm。水泥采用海螺牌42.5水泥，配置混凝土強度等級為C35。

不銹鋼鋼筋基本力學性能和混凝土28 d強度見表1，表2。

表1 不銹鋼力學性能

表2 混凝土抗壓強度 MPa

不銹鋼的屈服強度和極限強度略低于同直徑的普通HRB400鋼筋，斷后延伸率達到40%，表現出較好的延性。完成基本材料性能測定后，準備進行混凝土試件設計。

3 試驗方案

本次試驗澆筑的試件截面尺寸為150 mm×200 mm，長度2 000 mm，構件的保護層厚度為20 mm，確定試件尺寸后準備試件制作。

為保證梁澆筑成型質量，本次實驗采用鋁合金模板制作混凝土梁。澆筑完畢后進行自然條件下的養護，每天上午和下午各灑水一次進行覆水養護。

試驗的加載方式為在梁頂面的兩個三等分點加集中荷載，可以由液壓千斤頂通過分配梁加載的方式實現，梁加載示意圖如圖1所示。

為測定梁構件的撓度變化，分別在梁頂面和底面中軸線位置安裝位移計，為測定混凝土應變，在梁中部一側粘貼BX-100AA應變片，具體如圖2所示。

4 試驗結果分析

通過實驗加載過程分析(見圖3)，無論是普通鋼筋混凝土還是不銹鋼鋼筋混凝土梁，其破壞過程比較相似，根據裂縫的發生、發展情況，可以分為三個階段：

1)混凝土開裂前的未裂階段：初始加載，荷載較小，混凝土截面未出現裂縫，當荷載的逐漸增加，撓度呈直線形增長。當構件臨近開裂荷載時，荷載—撓度曲線出現第一個拐點，撓度有增長加快的趨勢，這說明試件處于即將開裂狀態[3]。

2)混凝土開裂后至鋼筋屈服前的裂縫階段:當加荷至開裂荷載8.75 kN左右時，此時，鋼筋應變讀數增長較快，通過裂縫觀察儀發現在梁跨中附近出現第一條豎向裂縫，裂縫寬度通過觀測儀測得小于0.05 mm。當荷載加載至25 kN時，跨中出現新裂縫，同時底部出現貫穿裂縫。當加載到50 kN時，鋼筋屈服前，此時裂縫寬度0.5 mm，支座附近出現斜裂縫，裂縫長度和寬度延伸出現明顯加快趨勢。鋼筋應力迅速增加，試件剛度有明顯下降趨勢，試件從彈性階段轉變進入塑性階段。

3)極限階段或破壞階段：這一階段基本沒有產生新裂縫，原先產生的裂縫寬度極速增大，加載支座處混凝土壓應力達到極限出現壓碎，加載點與支座間斜向裂縫長度和寬度迅速發展。

當普通鋼筋荷載加載到80 kN時，鋼筋開始屈服，荷載—撓度曲線出現拐點，90 kN時，達到極限承載力，此時撓度增長明顯，承載力急劇下降。304不銹鋼鋼筋混凝土梁加載至50 kN時，鋼筋達到屈服強度，60 kN左右，試件達到極限承載力，由于不銹鋼較好的延性和壓拱效應影響，試件一直維持在60 kN左右，直到受壓區出現混凝土開裂，承載力不斷下降。

通過直徑14 mm的HRB400鋼筋混凝土梁和304不銹鋼混凝土梁的試驗結果對比分析，實驗結果表明，與普通鋼筋混凝土梁相比，不銹鋼鋼筋混凝土梁的極限承載力較低于普通鋼筋混凝土，而梁的撓度值卻有較大程度的增加。因此建議不銹鋼鋼筋混凝土梁的裂縫寬度和極限承載力可按現行混凝土結構設計規范計算，但撓度計算需要適當修改，見圖4。

5 結語

本文通過不銹鋼螺紋鋼的拉伸試驗、不銹鋼鋼筋混凝土梁的受彎性能試驗，對不銹鋼混凝土梁的基本力學性能進行了系統研究，主要得出以下幾點結論：

1)304不銹鋼鋼筋強度略低于普通HRB400鋼筋，斷后伸長率達到40%，彈性模型低于普通鋼筋。

2)和普通鋼筋混凝土對比，不銹鋼鋼筋混凝土梁在加載過程中裂縫和撓度的發展基本相似，其開裂彎矩和極限彎矩亦可參照普通鋼筋混凝土構件計算。

3)同等條件下，304不銹鋼鋼筋混凝土梁比普通鋼筋混凝土梁具有更高的變形，由于304不銹鋼較好的延伸率，國內現行規范僅適用于鋼筋屈服前，屈服后得到的撓度計算值低于實驗值，建議采用分階段進行撓度計算。