酸雨腐蚀预应力混凝土梁承载力及现存预应力测试研究

• 作 者: 陈锐
• 机 构: 华东交通大学
• 出 处: 华东交通大学
• 发表日期: 2021年01期
• 关键词: 酸雨腐蚀 预应力混凝土梁 承载力 现存预应力 应力释放

预应力混凝土结构因具有抗裂性能好、刚度大等优点而被广泛运用于各类工程领域。预应力混凝土结构在服役期间,容易受到荷载、腐蚀和疲劳等因素的影响产生损伤积累,进而导致结构抗力衰减。当预应力混凝土结构的预应力筋发生腐蚀时可能导致预应力结构出现无明显征兆的突然破坏,对工程结构的使用寿命及安全性产生威胁,甚至引发严重的工程事故。当前国内外关于预应力筋腐蚀对预应力混凝土结构耐久性产生影响的研究相对较少。同时,鉴于我国现已成为全球三大酸雨污染区之一,酸雨腐蚀无疑会影响预应力筋的强度,从而影响预应力混凝土的承载力。此外,预应力损失也会导致混凝土梁的承载力下降,则有必要对混凝土结构的现存预应力进行测量。因此,为研究这两方面,本文结合江西地区的酸雨特征,通过模拟酸雨环境、通电加速腐蚀试验、抗弯试验、承载力的理论计算分析腐蚀时间对预应力混凝土梁的破坏形态、截面应变、裂缝宽度、开裂弯矩、极限弯矩的影响。此外,采用环孔法对预应力混凝土梁的现存预应力进行测量研究钻孔深度和应变与释放率的规律,分析了影响现存预应力测试准确性的因素。研究结果表明:试验梁的延性受到腐蚀时间的影响,随着腐蚀时间的增加而逐渐降低;当腐蚀时间较长时,因钢绞线受坑蚀应力集中效应和截面削弱效应,导致试验梁的延性下降较大,致使预应力混凝土梁的破坏形态由最初的延性破坏转变为征兆不明显的脆性破坏。试验梁开裂前,试验梁跨中截面中和轴出现上移的现象,钢筋处于弹性阶段,跨中不同高度处混凝土应变有较好的线性关系,说明混凝土截面符合平截面假定。在一定腐蚀范围内,腐蚀并未对裂缝的分布区域、数量、宽度造成显著影响;当腐蚀时间较长时,随着腐蚀时间的增加,裂缝宽度增大。腐蚀时间对预应力混凝土梁的开裂弯矩影响并不显著,作用效果在7%以内。随着腐蚀时间的推移,预应力混凝土梁的极限弯矩呈下降趋势,且趋势越发明显,与未腐蚀梁相比,加速腐蚀30天和45天的极限弯矩分别降低13.2%和33.3%。基于试验梁抗弯试验结果与混凝土结构设计规范,提出以预应力筋腐蚀后截面面积和屈服强度损失为变化参数的腐蚀预应力混凝土梁承载力计算方法并建立了酸雨腐蚀下预应力混凝土梁的承载力计算公式。将公式计算结果与已有试验结果进行比较,验证了计算方法的准确性。采用环孔法测量现存预应力时,释放率随钻孔深度的增大呈线性增加。取内径为100mm的钻头进行钻孔,当钻孔深度超过40mm时,释放率变化增大;当钻孔深度为50mm-60mm时,应力基本完全释放。因此,在相似测试条件下,可将50-60mm作为环孔法测量预应力混凝土结构现存预应力的最佳钻孔深度。通过环孔法换算出的现存预应力与钢绞线实际预应力的平均误差在9%以内,可知运用该方法测量预应力混凝土结构的现存预应力具有较高的精度。环境温度、钻孔产生的振动和热量均会影响现存预应力测量的精度。