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氯离子使钢筋混凝土结构遭受钢筋锈蚀的威胁。开展同一实际环境下不同龄期锈蚀钢筋混凝土板的系列研究,对结构耐久性评估和剩余寿命预测具有重要的意义。本文作为国家自然科学基金“钢筋混凝土结构锈裂损伤参数识别与系统仿真”课题(批准号:50079002)的一个延续子课题,对某海洋环境下服役9年的锈蚀钢筋混凝土板进行锈损情况调查及加载等试验,探索板底面裂缝分布形态、板内钏筋锈蚀率分布规律及破损老化对板的力学性能等的影响,并将试验结果与课题组进行的龄期为5年、7年的同环境下同类型板的试验结果进行比较,分析各项参数随时间的变化规律,预测钢筋混凝土板的剩余承载能力。主要结论如下:
(1)得出了9年期钢筋混凝土板锈蚀裂缝形态和钢筋锈蚀率分布规律,并提出可考虑钢筋位置和保护层脱落情况的顺筋裂缝宽度与钢筋锈蚀率关系式。通过对比分析,根据裂缝分布形态将锈蚀板裂缝发展过程分为了三个阶段,并提出了板某一位置处钢筋在裂缝发展的整个过程中锈蚀率计算公式。
(2)9年期锈蚀钢筋混凝土板的破坏主要由原有分布钢筋锈蚀裂缝引起,对比分析表明,随着龄期的增大,相继出现的钢筋锈蚀、纵筋锈蚀裂缝、分布钢筋锈蚀裂缝、保护层脱落等影响着板的破坏形式,特别是分布钢筋锈蚀裂缝出现后,分布钢筋锈蚀裂缝起主导作用。
(3)钢筋承载力随锈蚀率增大逐渐减小,这主要是由于钢筋的面积、屈服强度和极限强度也随锈蚀率的增加而减小导致的;建立了9年龄期下锈蚀钢筋屈服强度和极限强度与锈蚀率关系式;通过对比分析建立了适用锈蚀率范围更广的钢筋屈服强度和极限强度与锈蚀率关系式。锈蚀板加载试验表明,钢筋应变随锈蚀率的增大而减小,对于保护层脱落的钢筋,在锈蚀率不大的情况下,也容易产生较大的滑移,导致钢筋达不到强度。
(4)9年期锈蚀钢筋混凝土板内钢筋锈蚀率为23.49%~29.95%。对比分析表明,板内钢筋锈蚀率随龄期增长呈非线性增大,根据变化规律提出了钢筋锈蚀率预测模型,预测未来四年内钢筋锈蚀率为32.98%、43.12%、55.14%、69.06%。
(5)9年期锈蚀钢筋混凝土板的承载力随锈蚀率增大出现较大的损失,根据试验结果在现行规范的基础上提出了这一龄期下不同锈蚀钢筋混凝土板承载力计算公式。对比分析表明,板承载力随龄期增大而非线性下降,根据规律提出了板承载力预测模型,预测未来四年内承载力降低为原承载力的53%、42%、30%、17%。