关华深，林刚（.广东电网有限责任公司江门供电局，广东 江门59000；.中国能源建设集团广东省电力设计研究院，广州 50663）

腐蚀钢筋混凝土构件承载力模型评述

关华深1，林刚2
（1.广东电网有限责任公司江门供电局，广东 江门529000；2.中国能源建设集团广东省电力设计研究院，广州 510663）

混凝土中钢筋腐蚀后，会导致钢筋横截面面积减少，钢筋力学性能退化；受压区钢筋腐蚀，产生锈胀压力，使受压区混凝土处于双向应力状态，混凝土抗压强度降低；混凝土保护层开裂、脱落、混凝土与钢筋黏结强度退化，腐蚀钢筋混凝土构件承载力降低。论文从试验、有限元计算和理论模型三方面总结了当前腐蚀钢筋混凝土构件承载力模型，并对腐蚀钢筋混凝土构件承载力模型进行了展望。

腐蚀；钢筋；承载力模型

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.002

1　引言

混凝土中钢筋腐蚀对混凝土结构承载力影响机理如图1所示：钢筋腐蚀后，会导致钢筋横截面面积减少，钢筋力学性能退化；受压区钢筋腐蚀，产生锈胀压力，使受压区混凝土处于双向应力状态，混凝土抗压强度降低；混凝土保护层开裂、脱落、混凝土与钢筋黏结强度退化，使钢筋与混凝土不能协调工作、共同承受载荷。

腐蚀钢筋混凝土构件的承载力受很多因素的影响，如构件形状、剪跨比、混凝土强度、保护层厚度、配筋率、钢筋腐蚀程度等，因此腐蚀钢筋混凝土构件承载力的计算是个非常复杂的问题，一个模型很难考虑所有因素。目前，对腐蚀钢筋混凝土构件承载能力的研究，按照研究方法分类，大致可以分为以下3类：(1)试验研究；(2)基于试验基础的有限元分析；(3)建立力学模型进行理论分析。

图1　腐蚀影响混凝土结构承载力机理

2　试验研究

Uomoto和M isra[1]研究了海洋混凝土结构承载力与腐蚀程度的关系，指出钢筋腐蚀所产生的纵向顺筋裂缝大大降低了结构的强度和延性，并指出当结构出现顺筋裂缝时，必须对结构进行修复。Yoon等[2]通过加速腐蚀试验，对不同腐蚀程度的钢筋混凝土梁进行研究，发现腐蚀程度大于3%时，黏结力退化是结构抗弯承载力下降的主要原因，并且随着腐蚀程度的加深，梁的破坏模式由抗弯破坏转变为剪切破坏。Rodriguez等[3]对6类不同腐蚀程度的钢筋混凝土梁进行了承载力测试，并考虑腐蚀钢筋截面积减少、力学性能退化、腐蚀钢筋与混凝土间黏结性能的变化等因素建立腐蚀钢筋混凝土梁的抗弯和抗剪承载力预测模型。Huang和Yang[4]通过对32根钢筋混凝土梁电化学腐蚀，测试了不同腐蚀程度梁的承载力，发现对高强度混凝土梁和有初始缺陷的梁而言，在钢筋腐蚀程度比较小的情况下，承载力也有明显的下降。Mangat和Elgarf[5]通过四点弯曲试验对不同腐蚀程度的钢筋混凝土梁承载力进行了研究，发现当钢筋腐蚀程度较低时，极限抗弯承载力影响很小，而当腐蚀程度增加到一定程度时，承载力急剧下滑，将其主要归因于钢筋与混凝土黏结强度的降低，同时研究发现，在相同腐蚀程度时，钢筋腐蚀速率越快，极限承载力下降越多。易伟建和赵新[6]设计的一套试验装置，对腐蚀钢筋混凝土梁进行了准长期静力荷载试验，发现腐蚀梁刚度下降，并且可以通过模态识别的方法识别腐蚀梁的刚度。袁迎曙等[7]对三根腐蚀钢筋混凝土梁的结构性能进行了试验研究，指出腐蚀钢筋力学性能退化和腐蚀钢筋与混凝土间黏结性能的降低是导致钢筋混凝土梁承载力下降的主要因素。惠云玲等[8]对30多个腐蚀前后的混凝土构件进行受弯和受压的试验研究,分析了腐蚀后构件的受力性能和破坏形态。金伟良和赵羽习[9]试验研究了不同腐蚀程度的钢筋混凝土梁的抗弯承载力，并给出了相应的经验公式。牛荻涛等[10]对自然暴露10a的钢筋混凝土梁按照腐蚀程度进行分类，测试了其剩余承载力。张伟平等[11]对自然腐蚀与外加电流加速腐蚀两种条件下的腐蚀钢筋及腐蚀钢筋混凝土梁进行了对比试验研究。陶峰等[12]对一批老化（使用了36a）的混凝土构件进行了承载力测试，研究了腐蚀构件的受力性能和破坏形态。黄振国等[13]对在实际化工腐蚀环境中服役十年以上的构件进行了试验研究，并给出了相应的腐蚀钢筋混凝土梁承载力的计算方法。

3　有限元模型

基于试验基础的有限元分析是腐蚀钢筋混凝土构件承载力研究的另一方面。Coronelli和Gambarova[14]利用非线性有限元程序研究了腐蚀钢筋混凝土梁在正常使用状态和极限状态的承载力，在其数值模型中，采用分离式模型来模拟钢筋与混凝土，并通过界面单元考虑腐蚀后钢筋与混凝土的黏结滑移。Lee等[15]利用非线性有限元程序分析了腐蚀钢筋混凝土结构的承载力，在其数值模型中，利用弹簧单元模拟钢筋与混凝土之间的滑移并考虑了腐蚀钢筋屈服强度的下降。袁迎曙等考虑了腐蚀钢筋的应力-应变关系和腐蚀钢筋与混凝土的黏结应力-滑移关系，并在此基础上建立了腐蚀钢筋混凝土梁的数值模型，对腐蚀钢筋混凝土梁进行了计算分析，绘出了相应的荷载变形曲线。惠卓等[16]应用三维有限元分析腐蚀钢筋混凝土构件承载能力。曾珂等[17]考虑腐蚀钢筋混凝土构件混凝土和钢筋之间的相对滑移，运用非线性弹簧单元刚度的变化模拟混凝土和钢筋之间黏结能力退化，建立了腐蚀钢筋混凝土构件有限元分析模型。Ster等[18]利用CASTEM 2000对均匀腐蚀和局部腐蚀的钢筋混凝土抗弯承载能力进行了有限元分析。

4　力学模型

建立力学模型对腐蚀钢筋混凝土构件的承载力进行理论预测很有意义。周燕[19]，Nowak[20]直接用腐蚀后钢筋面积代替未腐蚀时钢筋面积，腐蚀后钢筋实测屈服强度代替未腐蚀时钢筋屈服强度，利用现有的规范对腐蚀钢筋混凝土抗弯承载能力进行计算，未考虑腐蚀后钢筋与混凝土黏结强度降低对结构承载力影响。为了体现黏结强度降低对构件抗弯承载力影响，陶峰等，惠云玲等对不考虑黏结强度降低计算的抗弯强度乘以黏结强度折减系数来考虑黏结强度降低对承载力影响，其中黏结强度折减系数为裂缝宽度函数。金伟良和赵羽习也用类似办法考虑黏结强度降低对承载力影响，不同的是黏结强度折减系数为钢筋腐蚀程度的函数。钱稼茹等[21]提出了用钢筋作用系数反映黏结强度降低对钢筋混凝土简支桥面梁受弯承载力的影响。Wang等[22]认为腐蚀钢筋混凝土梁力学性能介于完全黏结梁和完全无黏结梁之间，根据完全黏结梁、完全无黏结梁和腐蚀梁的平均极限黏结强度之间的关系推导了腐蚀梁的变形协调关系，建立了两集中力作用下腐蚀钢筋混凝土梁的抗弯承载力模型。金伟良等[23]考虑腐蚀钢筋混凝土梁中材料性能的退化和钢筋与混凝土黏结性能的退化，建立了腐蚀钢筋混凝土梁承载力的计算模型。受压区钢筋腐蚀导致混凝土处于双向应力状态，混凝土抗压强度降低。Capozucca和Cerri[24]研究了受压区钢筋腐蚀对钢筋混凝土结构承载力的影响，提出了用受压区损伤因子表征混凝土抗压强度的降低，并利用模态识别的方法识别了受压区钢筋不同程度腐蚀时的损伤因子。吴瑾考虑混凝土受压区钢筋腐蚀抗压强度降低，建立了腐蚀钢筋混凝土构件承载力评估模型。张喜德等[25]通过试验研究了受压区钢筋腐蚀量与混凝土抗压强度的关系，给出了受压区钢筋腐蚀混凝土梁抗弯强度的计算方法。

5　结语

总之，以上研究大多以平截面假定为依据，采用协同工作系数近似考虑黏结性能降低对结构承载力影响，没有很好地解决腐蚀钢筋混凝土梁平截面假定不成立情况下抗弯强度的计算。虽有少数文献推导了腐蚀钢筋混凝土梁的变形协调条件，建立了腐蚀梁抗弯承载力模型，但其模型只适用特定加载条件。因此很有必要对腐蚀钢筋混凝土梁进行抗弯承载力分析，建立不满足平截面假定下的抗弯强度计算方法。

【1】Uomoto T,M isra S.Behavior of concrete beams and columnsin marineenvironmentwhencorrosionofreinforcingbarstakes place[J]. ACISpecialPublication,1988（109）:127-146.

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The Reviews on Load Capacity of Corrode Reinforcement Concrete Component

GUAN Hua-shen1,LIN Gang2
（1.JiangmenPowerSupply Bureau of GuangdongPowerGridCo.Ltd.,Jiangmen 529000,China；2.GuangdongElectricPowerDesign Institute,ChinaEnergyEngineeringGroupCo.Ltd.,Guangzhou 510663,China）

Reinforcement corrosion in concrete has been identified as one of the most predom inant degradation mechanisms in reinforced concrete(RC)structures,which leads to series of structural degradations,such as reduction of the cross-section area of reinforcement,cracking,spallingand delaminatingofconcretecoverand lossofconcrete-steelbond strength,and thusseverely reduces the load-carrying capacityofconcretestructures.In thispaper load capacitymodelsofcorrode reinforcementconcretecomponenthave been reviewedaccording toexperimental、FEA and theoreticalmodels.A lso theprospectof the load capacitymodelhasbeenmadebased on thereviewsabove.

corrosion;rebar;load capacitymodel

TU501；TU528.571

B

1007-9467（2016）11-0022-03

关华深（1977～），男，广东新会人，高级工程师，从事工程技术研究。

2016-05-24