腐蝕混凝土橋梁鋼筋極限應變預測方法

(西安工業大學建筑工程學院 陜西 西安 710021)

暴露于侵蝕性環境中的混凝土構件會因為氯化物的擴散導致性能退化，腐蝕會對橋梁系統承載能力造成影響，受腐蝕構件退化，使用性能和極限狀態衰減，對承受地震荷載的橋梁變得更加關鍵。傳統對腐蝕鋼筋的預測中忽略了腐蝕對鋼材延展性的影響，得到的預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，導致在后續關于鋼筋混凝土橋梁抗震性能分析中出現問題；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合，得到鋼筋極限應變預測方法。

一、腐蝕機理

對于擴散過程，混凝土中氯化物的擴散過程可以用基于菲克第一定律的極限狀態方程進行模擬[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)與規定腐蝕過程起始的臨界氯離子濃度Ccrit進行比較；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為氯離子擴散系數，DRCM為氯離子滲透系數，A(t)為考慮老化的功能函數，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，由于混凝土保護層厚度c為一個正態分布的概率模型，當氯離子侵入混凝土到與混凝土內鋼筋發生反應的腐蝕起始時間ti同樣為一個具有概率分布的函數。

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聯，采用以下損傷函數：

δs=δ(2-δ)

(7)

(8)

εsu0為鋼筋極限應變標準值，Φ0為鋼筋直徑，根據該方法可計算氯離子環境下鋼筋的極限應變變化情況。

三、結論

本文提出的考慮鋼材延性退化的腐蝕鋼筋極限應變預測方法可以得到與實際鋼筋受腐蝕后極限應變退化情況更接近的變化值，對進一步確定氯離子環境下鋼筋混凝土橋梁抗震性能變化情況提供更準確的依據。