下载文档原格式
第51卷第4期2021年2月下建筑结构Building StructureVol．51No．4Feb．2021DOI ：10.19701/j．jzjg．2021.04.013*江苏省研究生科研创新计划项目（KYCX17_0272）。
作者简介：邹正浩，博士，讲师，Email ：zouzhenghao @nuaa．edu．cn ；通信作者：吴瑾，博士，教授，Email ：wujin @nuaa．edu．cn 。
钢筋锈蚀再生混凝土梁刚度退化规律及计算方法研究*邹正浩1，2，杨国姣1，吴瑾2，苏天2（1宜春学院土木工程系，宜春336000；2南京航空航天大学土木与机场工程系，南京210016）［摘要］采用电化学方法对纵筋进行锈蚀，通过加载试验研究了再生混凝土梁在不同纵筋锈蚀率下刚度退化规律。
结果表明：再生混凝土梁破坏时的极限承载力随锈蚀率的增加而减小，当锈蚀率较小时，大约在5%极限承载力的荷载时梁在纯弯段内开始出现裂缝，破坏形态为适筋梁弯曲破坏；当锈蚀率较大时，破坏时裂缝分布有向跨中靠拢的趋势。
当荷载较小时，随着纵筋锈蚀率的增加再生混凝土梁跨中挠度变化不大；当荷载较大时，跨中挠度随纵筋锈蚀率增大而增大变得比较明显。
再生混凝土梁的刚度因纵筋锈蚀发生了一定的退化，导致刚度退化的主要原因是再生混凝土梁截面和纵筋横截面面积减小以及二者之间粘结性能的退化，并基于钢筋截面面积减小这一因素推导了再生混凝土梁弯曲刚度退化计算方法。
［关键词］再生混凝土；钢筋锈蚀；锈蚀率；刚度退化；弯曲刚度中图分类号：TU375．1文献标识码：A文章编号：1002-848X （2021）04-0086-05［引用本文］邹正浩，杨国姣，吴瑾，等．钢筋锈蚀再生混凝土梁刚度退化规律及计算方法研究［J ］．建筑结构，2021，51（4）：86-90，64．ZOU Zhenghao ，YANG Guojiao ，WU Jin ，et al．Degradation law and calculation method of stiffness of recycled concrete beams with corroded rebars ［J ］．Building Structure ，2021，51（4）：86-90，64．Degradation law and calculation method of stiffness of recycled concrete beams with corroded rebarsZOU Zhenghao 1，2，YANG Guojiao 1，WU Jin 2，SU Tian 2（1Department of Civil Engineering ，Yichun University ，Yichun 336000，China ；2Department of Civil and Airport Engineering ，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ，Nanjing 210016，China ）Abstract ：The electrochemical method was used to corrode the longitudinal rebars ，and the stiffness degradation law of recycled concrete beams under different corrosion rate of longitudinal rebars was studied by loading tests．The results show that the ultimate bearing capacity of recycled concrete beams decreases with the increase of corrosion rate．When the corrosion rate is small ，cracks begin to appear in the pure bending section at the load about 5%of the ultimate bearing capacity ，and the failure mode is flexural failure of balanced-reinforced beam．When the corrosion rate is large ，the distribution of cracks tends to be closer to the mid-span．When the load is small ，with the increase of the corrosion rate of longitudinal rebars ，the mid-span deflection of the recycled concrete beam does not change much ，when the load is large ，the mid-span deflection increases obviously with the increase of the corrosion rate of longitudinal rebars ，and the stiffness of the recycled concrete beam is degenerated due to the corrosion of longitudinal rebars ，the main reasons for the stiffness degradation are the reduction of the cross-sectional area of recycled concrete beams and longitudinal bars ，and the degradation of the bond performance between them ，thus the calculation method of the degradation of the flexural stiffness of the recycled concrete beam was derived based on the reduction of the cross-sectional area of the rebars．Keywords ：recycled concrete ；rebar corrosion ；corrosion level ；stiffness degradation ；flexural stiffness0引言混凝土中的钢筋锈蚀研究是分析现有结构性能退化的关键工作之一［1］。
锈蚀钢筋混凝土压弯构件性能退化有限元模拟研究的开题报告一、研究背景与意义钢筋混凝土结构是我国常见的建筑结构类型，钢筋是支撑结构受力的重要组成部分。
但是，由于自然环境、材料老化等原因，钢筋可能会发生锈蚀，这会导致钢筋混凝土结构性能的退化，影响结构的使用寿命、安全性和稳定性。
因此，研究锈蚀钢筋混凝土结构的性能变化规律及其对结构安全性的影响，对于提高建筑结构的安全稳定性和延长使用寿命具有重要意义。
二、研究内容本课题拟采用有限元分析方法，研究锈蚀钢筋混凝土压弯构件的性能退化状态。
具体内容包括以下三个方面：1. 构建锈蚀混凝土压弯构件的三维有限元模型，考虑钢筋锈蚀的影响，模拟不同程度的钢筋锈蚀状态。
2. 分析不同程度钢筋锈蚀状态下，混凝土压弯构件的受力特征，包括承载力、变形能力及裂缝变化规律等。
3. 研究不同程度钢筋锈蚀状态对混凝土压弯构件的实际使用寿命和安全性的影响。
三、研究步骤和方法1. 收集相关文献，了解国内外针对该课题的研究现状。
2. 对模拟的混凝土压弯构件进行三维建模，考虑钢筋锈蚀的程度和位置。
3. 将建立的有限元模型导入ANSYS等有限元软件中，进行力学分析，得出不同钢筋锈蚀程度下混凝土压弯构件的受力特征及裂缝变化规律。
4. 分析结果，探究不同钢筋锈蚀程度对混凝土压弯构件的使用寿命和安全性的影响。
四、预期研究结果本课题预期研究结果如下：1. 锈蚀对混凝土压弯构件承载能力、变形能力和裂缝变化规律的影响性质。
2. 钢筋锈蚀程度对混凝土压弯构件使用寿命和安全性的影响情况。
3. 为设计和施工提供针对锈蚀混凝土压弯构件的可靠性分析和结构加固方案。
五、参考文献1. 王建波, 王海涛, 张邦春, 等. 钢筋混凝土柱锈蚀后抗震性能数值模拟[J]. 工程抗震与加固改造, 2020, 42(03): 163-168.2. 刘杏花, 郭一鹏, 张建国, 等. 长期湿度环境下钢筋混凝土力学性能的试验研究[J]. 南水北调与水利科技, 2020, 18(02): 239-243.3. 张海涛, 胡晓美. 钢筋混凝土结构表面锈蚀发展和扩展形态分析[J]. 工程力学, 2020, 37(02): 163-169.4. Amleh L, Ghobarah A. Investigation of the effect of corrosion on the load capacity of corroded reinforced concrete beams[J]. Engineering Structures, 2004, 26(10): 1375-1386.。
锈蚀钢筋混凝土梁受力性能的研究现状前言钢筋混凝土结构具有：易于浇筑成型、刚度大、工程造价低、后期维护费用少，使之成为土木工程中的一种主要的结构形式，在土木工程中得到了广泛的应用与研究[ ]。
但是长期以来“重强度轻耐久”的设计思想一直在结构设计中占据着主导地位，从而使得耐久性问题越来越突出。
作为一个综合性的问题，耐久性主要包括钢筋锈蚀、化学侵蚀、冻融损伤、碱-骨料反应等多个方面，相关研究结果表明，钢筋锈蚀被列为影响混凝土耐久性的首要因素。
锈蚀钢筋结构构件主要存在承载力降低、结构刚度的退化，从而引起混凝土结构的过早破坏，而对锈蚀钢筋混凝土结构进行维修、加固改造前必须进行有效的检测和评估。
所以，在对钢筋锈蚀的大量研究领域中，采用何种检测方法能快速、有效地获得锈蚀钢筋混凝土梁的受力性能、抗弯承载力、刚度退化、疲劳性能等指标的研究是目前急切关注的话题。
1 混凝土中钢筋锈蚀机理混凝土中钢筋锈蚀微观机理的研究是认识混凝土保护层锈胀开裂的前提，是人为通过试验获得锈蚀构件的前提，也是研究混凝土损伤评估方法的基础。
钢筋的锈蚀过程可以看成是一个电化学反应过程。
根据供氧情况不同，最终产物也不同。
钢筋表面形成的结构疏松的氧化产物层便是这些产物混合在一起堆积在阳极区的钢筋表面的结果。
研究表明，所有的铁原子氧化产物的体积与原体积相比，都有不同程度的增加，如图1.1所示[2]：2 锈蚀钢筋混凝土梁受力性能研究现状由于钢筋的锈蚀产物相比原体积而言占据着更大的体积，从而对包围在钢筋周围的混凝土产生径向膨胀力，当径向膨胀力超过混凝土的抗拉强度时，便会引起混凝土开裂。
从而导致混凝土对钢筋的约束作用的减弱，加剧钢筋与混凝土之间的粘结性能的退化，最终降低钢筋混凝土构件或结构的承载力和使用性能[3]。
从现有的研究成果来看，认为导致锈蚀钢筋混凝土梁受弯性能退化的主要原因是钢筋锈蚀引起的钢筋力学性能退化及钢筋与混凝土之间粘结性能的退化。
试验[4][5][6]研究表明，对于均匀锈蚀的钢筋混凝土梁，当钢筋锈蚀率较小时，可以认为梁的抗弯性能受影响比较小；随着锈蚀率的增大，钢筋与混凝土之间的粘结强度出现大幅度降低，导致在钢筋和混凝土之間不能有效地传递力，这样钢筋的强度得不到充分发挥，梁的受弯性能便受到影响。
钢筋锈蚀对混凝土梁结构性能的影响研究作者：李利民来源：《科技视界》2015年第11期【摘要】本文以钢筋混凝土梁为研究对象，重点分析了钢筋锈蚀对混凝土梁结构的破坏特征、钢筋-混凝土应变协调及混凝土梁刚度的影响。
【关键词】钢筋锈蚀；破坏特征；应变协调；刚度对于钢筋混凝土构件，钢筋和混凝土能共同工作的基础是二者之间具有足够的粘结强度。
根据退化机理分析，锈蚀钢筋的力学性能退化以及锈蚀钢筋与混凝土粘结性能退化是导致钢筋混凝土锈蚀梁的结构性能退化的主要因素。
钢筋混凝土受弯构件是钢筋混凝土结构中重要的受力构件。
目前，对于锈蚀钢筋混凝土结构性能退化的研究多以梁构件为研究对象。
1 锈蚀对混凝土梁破坏特征的影响锈蚀梁的破坏特征与完好梁有很大的不同。
当锈蚀程度较小时，二者几乎完全相同；但随着锈蚀程度的加剧，钢筋与混凝土之间的粘结性能逐步退化，锈蚀受弯构件裂缝逐渐向跨中集中，裂缝数量减少，间距增大，分布趋于更不均匀；当锈蚀量较大时，粘结性能严重退化，钢筋混凝土协同工作能力下降，裂缝集中在跨中部位。
文献[1]通过试验研究发现，钢筋不发生锈蚀，粘结性能良好，梁跨中纯弯段出现了较密的裂缝，在剪弯区出现较为完全的斜裂缝。
最后，在纯弯区段，混凝土受压破坏，结构表现为正截面弯曲破坏；当钢筋锈蚀率较小时，在锈蚀区段裂缝的分布同完好结构相比稀疏一些。
其原因是锈蚀使钢筋与混凝土间的粘结性能发生退化，减弱了钢筋与混凝土间的应力传递，但尚能较为有效地粘结，最后的破坏形式仍为混凝土受压破坏；当钢筋锈蚀率较大时，钢筋与混凝土间的粘结性能产生较大的退化，而且钢筋的截面面积也产生了较明显的减小。
裂缝的发展情况同完好结构比较有了较明显的变化，垂直裂缝明显变得稀疏，裂缝的发展区域向跨中靠近。
文献[2]通过有限元分析发现，锈蚀梁的受力特征与钢筋锈蚀程度有很大关系： 1）锈蚀量较小时，锈蚀梁的破坏形态与未锈梁基本相同；2）随着锈蚀率逐渐增加，钢筋与混凝土之间的粘结性能逐渐退化，锈蚀梁裂缝逐渐向跨中集聚，裂缝数量减少，间距增大，分布趋于更不均匀； 3）当锈蚀量较大时，粘结性能退化严重，钢筋和混凝土共同工作能力下降，裂缝集中在跨中部位； 4）随锈蚀率的增大，破坏时梁中部截面开裂高度上升，加载点截面更为明显，说明随着钢筋与混凝土之间粘结性能的退化，梁中部中和轴明显上升。
钢筋锈蚀对其力学性能退化规律的影响研究文章采用外加直流电法对四种常用直径的HRB400带肋钢筋进行加速锈蚀，对锈蚀后钢筋采用除锈剂进行除锈，钢筋除锈后进行拉伸试验，最后对试验数据进行统计拟合分析。
研究发现：钢筋的名义屈服强度、名义极限强度随着钢筋质量锈蚀率的增大呈线性退化规律；同一直径钢筋的名义极限强度退化速率要明显快于名义屈服强度退化速率；大直径钢筋的名义屈服强度、名义极限强度退化速率比小直径钢筋要快，名义屈服强度退化速率随钢筋直径变化较为敏感，名义极限强度退化速率随钢筋直径变化不敏感。
从而为混凝土结构的承载力、耐久性评估提供理论依据，为今后项目建设提供一定的参考与建议。
标签：钢筋锈蚀；力学性能；质量锈蚀率；名义屈服强度；名义极限强度引言随着我国经济的飞速发展，钢筋混凝土的消耗量与日俱增，我国的钢筋混凝土的消耗量在全世界消耗量中占有较大的比例，钢筋混凝土结构已成为我国建筑物与构筑物的主要结构体，数量巨大。
钢筋混凝土长耐久性是结构构筑追求的目标之一，钢筋不仅是钢筋混凝土的重要组成，也是影响混凝土耐久性的重要因素。
由于包裹钢筋的混凝土出现不密实，混凝土内的钢筋易发生锈蚀。
钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性失效的主要原因之一[1-2]。
锈蚀钢筋的力学性能是混凝土结构耐久性评估、寿命预测的基础[2]。
钢筋混凝土内的钢筋由于多种原因而发生锈蚀，钢筋锈蚀产物体积发生膨胀，造成包裹钢筋的混凝土开裂、剥落，结构构件的承载能力下降。
因此，只要充分认识锈蚀钢筋力学性能退化的规律，就能对结构构件的承载能力下降程度进行进一步的评估，也能够对结构构件的耐久性衰退程度进行进一步的评价。
1 国内外研究现状近期国内研究中，徐港[3]等研究了坑蚀与钢筋强度、伸长率之间的规律。
研究表明，影响钢筋伸长率主要因素是坑蚀深度，钢筋塑性随锈蚀率增加而逐渐下降，强度反而提高。
陈露[4]等通过5种人工模拟环境获取多组锈蚀钢材，研究了锈坑对钢材力学性能的影响规律。
锈蚀HRB500钢筋混凝土板抗弯性能试验研究作者：方亮周云易督航来源：《湖南大学学报·自然科学版》2020年第11期摘要：采用通电方式对配置HRB500级钢筋和普通钢筋的混凝土板进行加速锈蚀，并对锈蚀钢筋混凝土板进行抗弯承载力试验研究. 对比分析了不同锈蚀程度下钢筋混凝土板的破坏形态、抗弯承载能力、荷载-挠度曲线. 同时，通过试验研究了锈蚀钢筋受拉性能和黏结性能随锈蚀程度不同的变化规律. 考虑板内不同锈蚀程度的钢筋可能发生受拉屈服或黏结滑移破坏，提出锈蚀钢筋混凝土板抗弯承载力计算方法. 经过对比分析，试验结果与计算模型吻合良好，锈蚀板抗弯承载力计算值与试验值之比的平均值为1.019，标准差为0.081.关键词：HRB500级钢筋;锈蚀;钢筋混凝土板;抗弯承载力中图分类号：TU375.2 文献标志码：AExperimental Study on Flexural Behavior of CorrodedReinforced Concrete Slabs with HRB500 BarsFANG Liang1，2，ZHOU Yun1†，YI Duhang3（1. College of Civil Engineering，Hunan University，Changsha 410082，China;2. Engineering College，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China;3. School of Civil Engineering ，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China）Abstract：The reinforced concrete slabs using HRB500 rebar and ordinary steel rebar were corroded by artificial accelerated method， and four-point bending test was applied on these corroded slabs. The failure modes， flexural capacity， load-deflection curves of the slabs were analyzed by comparing test specimens under different corrosion degree. This study further investigated the relationship between corrosion ratio and deterioration of tensile capacity and bond behavior of corroded steel. Considering the occurrence of reinforcement yielding and bond-slip due to different corrosion degree， a calculation method of flexural bearing capacity of corroded reinforced concrete slab was proposed. A good agreement between calculated values and tested results of the corroded reinforced concrete slab was achieved. The average ratio of calculated values to test results was1.019， and the standard deviation was 0.081.Key words：HRB500 bars;corrosion;reinforced concrete slab;flexural bearing capacity鋼筋混凝土结构中运用强度高、性能好的钢筋，既能提高构件受力性能、改善其使用功能，又方便拓展结构设计方法，还可以节省材料，具有十分明显的经济效益. 20世纪80年代起国外普遍采用设计强度400 MPa以上的高强钢筋;欧美国家、日本等20世纪90年代以来对设计强度达500 MPa的钢筋进行了大面积的推广应用[1]. Apostolopoulos等[2-3]研究了锈蚀对S500级钢筋疲劳性能的影响. Sumpter 等[4-5]通过对比试验研究了配置高强钢筋和普通钢筋的混凝土梁，认为使用高强钢筋可提高抗剪承载力. 我国对高强度钢筋的研发和应用起步稍晚，但随着我国建筑用钢筋体系不断完善，HRB500级系列高强钢筋已进入规范，并制定了“加快淘汰335 MPa、优先使用400 MPa，积极推广500 MPa螺纹钢筋”的技术路线[6]，因此全国各研究机构和高校进行了大量试验研究. 沈宇[7]、徐风波[8]、李琼[9]分别通过试验对配置HRB500级钢筋的混凝土梁的抗弯承载力、正常使用开裂和挠度问题进行了研究. 张艇[10]对HRB500级钢筋混凝土简支梁和连续梁的受弯及受剪性能进行了试验研究. 江涛[11]对配置HRB500级钢筋的混凝土框架结构进行了静力试验研究. 于秋波[12]通过试验研究了配置HRB500级钢筋的部分预应力混凝土梁的受力特点和破坏形态. 王铁成等[13-14]研究了高强钢筋混凝土构件在静力荷载作用下的抗弯、抗剪性能和低周往复荷载作用下的抗震性能. 丰见政[15]对比研究了配置HRB500级钢筋混凝土梁常温下和高温后的力学性能. 金伟良等[16]对锈蚀HRB500级钢筋混凝土构件的受力性能进行了试验研究. 总结来看，因钢筋锈蚀引起的混凝土结构耐久性问题研究周期长、试验离散性较大，因此目前针对配置HRB500级钢筋的混凝土构件耐久性问题研究较少[17]. 另外，结合市场调查和工程实际情况发现，HRB500级系列钢筋仅在沿海较发达地区使用较多，中部地区普及程度仍然较低. 本次试验通过对加速锈蚀后的钢筋混凝土足尺板进行静力抗弯试验，结合同等条件下混凝土内锈蚀钢筋的黏结强度和抗拉强度，对比分析锈蚀对配置HRB500级钢筋混凝土板抗弯性能的影响，为高强钢筋混凝土构件耐久性设计以及高强钢筋在工程中进一步推广应用提供更多数据支持和研究依据.1 试验设计1.1 试件设计制作为了研究锈蚀钢筋混凝土板的受弯性能，设计制作了16块钢筋混凝土足尺板. 板长2 300 mm，计算跨度2 100 mm，截面b×h=700 mm×100 mm. 足尺板试件根据混凝土和钢筋强度等级不同分为4组，配置详见表1. 板内分布筋均采用HRB400级钢筋，直径6 mm. 试件纵筋伸出板端便于通电锈蚀时钢筋串联. 另外设计16块材料、配筋与足尺板一一对应的小板（如图1所示），与足尺板同期制作完成. 试件混凝土拌和采用标号42.5的普通硅酸盐水泥，粗骨料为最大粒径30 mm的卵石，细骨料为普通河砂. 设计强度为C40的混凝土，配合比为：m水泥∶ m 砂∶ m石∶ m水=1 ∶ 1.49 ∶ 2.68 ∶ 0.47;设计强度为C50的混凝土，配合比为：m水泥∶m砂∶ m石∶ m水=1 ∶ 1.49 ∶ 2.23 ∶ 0.326，使用萘系减水剂. 足尺板与小板试件均在室内自然养护成型. 试件混凝土与钢筋强度标准值详见表 2、表3.1.2 试件通电锈蚀钢筋混凝土板加速锈蚀试验方案如图2所示. 为使足尺板和小板锈蚀环境和程度一致，每块足尺板和对应小板的纵筋串联，接入直流电源正极（足尺板横向分布钢筋做绝缘和防锈处理）;不锈钢棒接入直流电源负极. 试件表面覆盖吸水海绵，通过喷洒淡盐水保证电化学反应持续进行. 本次试验采用24 V外接直流电源，通过调节回路中可变电阻，改变回路电流大小，保持腐蚀电流密度基本恒定在（0.1±0.02） mA/cm2. 锈蚀过程中，定时记录锈蚀回路的电流值，累计试件总通电量，推算钢筋的锈蚀程度，并根据量测结果确定锈蚀时长，确保达到预计锈蚀率. 试验设计钢筋锈蚀程度分为4个等级：0%、5%、10%和15%. 足尺板S1-1H和小板X1-1H 因通电时长超出预计，钢筋锈蚀程度以实际测量值为准.1.3 试验方案足尺板静力抗弯试验、钢筋混凝土拉拔试验和钢筋拉伸试验均在湖南农业大学土木工程实验室进行.足尺板静力抗弯承载力试验采用四点加载方式（如图3所示）. 加载制度依据《混凝土结构试验标准方法》（GB 50152—2012）分级加载. 试件测点布置情况如图3所示：板底跨中和1/3跨段处贴混凝土应变片（S1～S6），板侧贴混凝土应变片（S7～S9）测应变;板底跨中和两个1/3跨段边缘处设置位移计（D2～D4和D6～D8），支座中点处板顶设千分表（D1，D5）测位移. 为尽量避免足尺板在加载过程中发生扭转，用2对长度800 mm的条形钢支座作为四点加载时的支撑，板与支座盖板间的缝隙用水泥净浆填满. 小板完成锈蚀后，按图1（b）所示切割线，将小板切割成5个试块. 1号、2号块破型取出锈蚀钢筋用于单向拉伸试验;3～5号块用于钢筋混凝土的黏结性能测试.钢筋单向拉伸试验使用WAW-600D电液伺服万能试验机加载，依据《钢筋混凝土用钢材试验方法》（GB/T 28900—2012）进行.锈蚀钢筋混凝土的黏结性能测试采用半梁式拉拔试验方法进行. 加载方案及试验情况详见图4，通过在拉拔装置中加设钢辊支，模拟实际受弯构件中纵筋偏心受拉的情况. 为防止钢辊支与试件接触位置过早出现局压破坏，加垫硬质橡胶条. 使用WAW-600D电液伺服万能试验机加载，加载方案采用位移控制，加载速率0.5 mm/min，在试件自由端架设位移计. 试验过程中记录钢筋受到的拉力N，以及试件自由端钢筋与混凝土的位移.2 锈蝕钢筋受力性能2.1 钢筋锈蚀情况钢筋的锈蚀程度均用锈蚀率衡量. 将试件破型取出锈蚀钢筋并进行酸洗和打磨除锈，测量钢筋长度和质量，根据式（1）计算锈蚀率.式中：η为钢筋的锈蚀率，%;m0为钢筋锈蚀前质量，g，按钢筋长度乘以标准线密度计算获得;m为锈蚀钢筋除锈后质量，g.混凝土内的钢筋往往出现不均匀锈蚀，同一根钢筋远离保护层一侧锈蚀情况较轻，靠近保护层的一侧锈蚀较严重（如图5所示）.2.2 钢筋拉伸试验结果锈蚀钢筋拉伸断裂往往在截面削弱严重的坑蚀位置，且钢筋锈蚀越严重，破坏时越突然，颈缩现象越不明显（如图6所示）. 对比不同锈蚀率钢筋的荷载-位移曲线（如图7所示），可发现屈服平台随锈蚀率增大而逐渐缩短.钢筋拉伸试验结果详见表4. 对比试验结果可知HRB500E级钢筋锈蚀后强度及变形性能的变化规律与HRB400级钢筋的基本一致. 钢筋屈服强度、极限强度和伸长率都随锈蚀率增加而明显下降（如图8～图10所示），锈蚀后钢筋强度可按回归公式（2）（3）计算.式中：fy，C、 fy，N分别为未锈蚀和锈蚀后钢筋屈服强度，MPa;fu，C、 fu，N分别为未锈蚀和锈蚀后钢筋极限强度，MPa;δy、δu分别为锈蚀钢筋屈服强度和极限强度的回归系数.2.3 拉拔试验结果锈损拉拔试件的锈胀裂缝主要在底部保护层处沿纵筋方向开展（如图11所示）. 试验结果详见表5. 破坏形式主要有：弯剪破坏、劈裂破坏、局压破坏和钢筋拉断（如图12所示）. 锈蚀率较低、锈胀裂缝较小时，试件出现类似受弯构件的弯剪裂缝. 在自由端附近的钢辊支处先出现沿正截面的竖向裂缝，向上发展后与纵向劈裂裂缝连通（如图12（a）所示）. 锈蚀率较高、锈胀裂缝较宽时，试件出现劈裂破坏，劈裂面混凝土保留较清晰的钢筋肋痕迹，肋间有少量挤压破碎的混凝土粉末（如图12（b）所示）. 混凝土强度等级C40的试件B1-2L5劈裂破坏时辊支附近混凝土局部压碎（如图12（c）所示）. 钢筋强度等级HRB400的试件B2-1L3钢筋拉断（如图12（d）所示）. 可知，当锈蚀率较小时，试件可能出现混凝土受压或钢筋受拉破坏. 试件B1-1H4、B1-1H5因锈胀裂缝过宽而损坏.1 试验设计1.1 试件设计制作为了研究锈蚀钢筋混凝土板的受弯性能，设计制作了16块钢筋混凝土足尺板. 板长2 300 mm，计算跨度2 100 mm，截面b×h=700 mm×100 mm. 足尺板试件根据混凝土和钢筋强度等级不同分为4组，配置详见表1. 板内分布筋均采用HRB400级钢筋，直径6 mm. 试件纵筋伸出板端便于通电锈蚀时钢筋串联. 另外设计16块材料、配筋与足尺板一一对应的小板（如图1所示），与足尺板同期制作完成. 试件混凝土拌和采用标号42.5的普通硅酸盐水泥，粗骨料为最大粒径30 mm的卵石，细骨料为普通河砂. 设计强度为C40的混凝土，配合比为：m水泥∶ m 砂∶ m石∶ m水=1 ∶ 1.49 ∶ 2.68 ∶ 0.47;设计强度为C50的混凝土，配合比为：m水泥∶m砂∶ m石∶ m水=1 ∶ 1.49 ∶ 2.23 ∶ 0.326，使用萘系减水剂. 足尺板与小板试件均在室内自然养护成型. 试件混凝土与钢筋强度标准值详见表 2、表3.1.2 试件通电锈蚀钢筋混凝土板加速锈蚀试验方案如图2所示. 为使足尺板和小板锈蚀环境和程度一致，每块足尺板和对应小板的纵筋串联，接入直流电源正极（足尺板横向分布钢筋做绝缘和防锈处理）;不锈钢棒接入直流电源负极. 试件表面覆盖吸水海绵，通过喷洒淡盐水保证电化学反应持续进行. 本次试验采用24 V外接直流电源，通过调节回路中可变电阻，改变回路电流大小，保持腐蚀电流密度基本恒定在（0.1±0.02） mA/cm2. 锈蚀过程中，定时记录锈蚀回路的电流值，累计试件总通电量，推算钢筋的锈蚀程度，并根据量测结果确定锈蚀时长，确保达到预计锈蚀率. 试验设计钢筋锈蚀程度分为4个等级：0%、5%、10%和15%. 足尺板S1-1H和小板X1-1H 因通电时长超出预计，钢筋锈蚀程度以实际测量值为准.1.3 试验方案足尺板静力抗弯试验、钢筋混凝土拉拔试验和钢筋拉伸试验均在湖南农业大学土木工程实验室进行.足尺板静力抗弯承载力试验采用四点加载方式（如图3所示）. 加载制度依据《混凝土结构试验标准方法》（GB 50152—2012）分级加载. 试件测点布置情况如图3所示：板底跨中和1/3跨段处贴混凝土应变片（S1～S6），板侧贴混凝土应变片（S7～S9）测应变;板底跨中和两个1/3跨段边缘处设置位移计（D2～D4和D6～D8），支座中点处板顶设千分表（D1，D5）测位移. 为尽量避免足尺板在加载过程中发生扭转，用2对长度800 mm的条形钢支座作为四点加载时的支撑，板与支座盖板间的缝隙用水泥净浆填满. 小板完成锈蚀后，按图1（b）所示切割线，将小板切割成5个试块. 1号、2号块破型取出锈蚀钢筋用于单向拉伸试验;3～5号块用于钢筋混凝土的黏结性能测试.钢筋单向拉伸试验使用WAW-600D电液伺服万能试验机加载，依据《钢筋混凝土用钢材试验方法》（GB/T 28900—2012）进行.銹蚀钢筋混凝土的黏结性能测试采用半梁式拉拔试验方法进行. 加载方案及试验情况详见图4，通过在拉拔装置中加设钢辊支，模拟实际受弯构件中纵筋偏心受拉的情况. 为防止钢辊支与试件接触位置过早出现局压破坏，加垫硬质橡胶条. 使用WAW-600D电液伺服万能试验机加载，加载方案采用位移控制，加载速率0.5 mm/min，在试件自由端架设位移计. 试验过程中记录钢筋受到的拉力N，以及试件自由端钢筋与混凝土的位移.2 锈蚀钢筋受力性能2.1 钢筋锈蚀情况钢筋的锈蚀程度均用锈蚀率衡量. 将试件破型取出锈蚀钢筋并进行酸洗和打磨除锈，测量钢筋长度和质量，根据式（1）计算锈蚀率.式中：η为钢筋的锈蚀率，%;m0为钢筋锈蚀前质量，g，按钢筋长度乘以标准线密度计算获得;m为锈蚀钢筋除锈后质量，g.混凝土内的钢筋往往出现不均匀锈蚀，同一根钢筋远离保护层一侧锈蚀情况较轻，靠近保护层的一侧锈蚀较严重（如图5所示）.2.2 钢筋拉伸试验结果锈蚀钢筋拉伸断裂往往在截面削弱严重的坑蚀位置，且钢筋锈蚀越严重，破坏时越突然，颈缩现象越不明显（如图6所示）. 对比不同锈蚀率钢筋的荷载-位移曲线（如图7所示），可发现屈服平台随锈蚀率增大而逐渐缩短.钢筋拉伸试验结果详见表4. 对比试验结果可知HRB500E级钢筋锈蚀后强度及变形性能的变化规律与HRB400级钢筋的基本一致. 钢筋屈服强度、极限强度和伸长率都随锈蚀率增加而明显下降（如图8～图10所示），锈蚀后钢筋强度可按回归公式（2）（3）计算.式中：fy，C、 fy，N分别为未锈蚀和锈蚀后钢筋屈服强度，MPa;fu，C、 fu，N分别为未锈蚀和锈蚀后钢筋极限强度，MPa;δy、δu分别为锈蚀钢筋屈服强度和极限强度的回归系数.2.3 拉拔试验结果锈损拉拔试件的锈胀裂缝主要在底部保护层处沿纵筋方向开展（如图11所示）. 试验结果详见表5. 破坏形式主要有：弯剪破坏、劈裂破坏、局压破坏和钢筋拉断（如图12所示）. 锈蚀率较低、锈胀裂缝较小时，试件出现类似受弯构件的弯剪裂缝. 在自由端附近的钢辊支处先出现沿正截面的竖向裂缝，向上发展后与纵向劈裂裂缝连通（如图12（a）所示）. 锈蚀率较高、锈胀裂缝较宽时，试件出现劈裂破坏，劈裂面混凝土保留较清晰的钢筋肋痕迹，肋间有少量挤压破碎的混凝土粉末（如图12（b）所示）. 混凝土强度等级C40的试件B1-2L5劈裂破坏时辊支附近混凝土局部压碎（如图12（c）所示）. 钢筋强度等级HRB400的试件B2-1L3钢筋拉断（如图12（d）所示）. 可知，当锈蚀率较小时，试件可能出现混凝土受压或钢筋受拉破坏. 试件B1-1H4、B1-1H5因锈胀裂缝过宽而损坏.1 试验设计1.1 试件设计制作为了研究锈蚀钢筋混凝土板的受弯性能，设计制作了16块钢筋混凝土足尺板. 板长2 300 mm，计算跨度2 100 mm，截面b×h=700 mm×100 mm. 足尺板试件根据混凝土和钢筋强度等级不同分为4组，配置详见表1. 板内分布筋均采用HRB400级钢筋，直径6 mm. 试件纵筋伸出板端便于通电锈蚀时钢筋串联. 另外设计16块材料、配筋与足尺板一一对应的小板（如图1所示），与足尺板同期制作完成. 试件混凝土拌和采用标号42.5的普通硅酸盐水泥，粗骨料为最大粒径30 mm的卵石，细骨料为普通河砂. 设计强度为C40的混凝土，配合比为：m水泥∶ m 砂∶ m石∶ m水=1 ∶ 1.49 ∶ 2.68 ∶ 0.47;设计强度为C50的混凝土，配合比为：m水泥∶m砂∶ m石∶ m水=1 ∶ 1.49 ∶ 2.23 ∶ 0.326，使用萘系减水剂. 足尺板与小板试件均在室内自然养护成型. 试件混凝土与钢筋强度标准值详见表 2、表3.1.2 试件通电锈蚀钢筋混凝土板加速锈蚀试验方案如图2所示. 为使足尺板和小板锈蚀环境和程度一致，每块足尺板和对应小板的纵筋串联，接入直流电源正极（足尺板横向分布钢筋做绝缘和防锈处理）;不锈钢棒接入直流电源负极. 试件表面覆盖吸水海绵，通过喷洒淡盐水保证电化学反应持续进行. 本次试验采用24 V外接直流电源，通过调节回路中可变电阻，改变回路电流大小，保持腐蚀电流密度基本恒定在（0.1±0.02） mA/cm2. 锈蚀过程中，定时记录锈蚀回路的电流值，累计试件总通电量，推算钢筋的锈蚀程度，并根据量测结果确定锈蚀时长，确保达到预计锈蚀率. 试验设计钢筋锈蚀程度分为4个等级：0%、5%、10%和15%. 足尺板S1-1H和小板X1-1H 因通电时长超出预计，钢筋锈蚀程度以实际测量值为准.1.3 试验方案足尺板静力抗弯试验、钢筋混凝土拉拔试验和钢筋拉伸试验均在湖南农业大学土木工程实验室进行.足尺板静力抗弯承载力试验采用四点加载方式（如图3所示）. 加载制度依据《混凝土结构试验标准方法》（GB 50152—2012）分级加载. 试件测点布置情况如图3所示：板底跨中和1/3跨段处贴混凝土应变片（S1～S6），板侧贴混凝土应变片（S7～S9）测应变;板底跨中和两个1/3跨段边缘处设置位移计（D2～D4和D6～D8），支座中点处板顶设千分表（D1，D5）测位移. 为尽量避免足尺板在加载过程中发生扭转，用2对长度800 mm的条形钢支座作为四点加载时的支撑，板与支座盖板间的缝隙用水泥净浆填满. 小板完成锈蚀后，按图1（b）所示切割线，将小板切割成5个试块. 1号、2号块破型取出锈蚀钢筋用于单向拉伸试验;3～5号块用于钢筋混凝土的黏结性能测试.钢筋单向拉伸试验使用WAW-600D电液伺服万能试验机加载，依据《钢筋混凝土用钢材试验方法》（GB/T 28900—2012）进行.锈蚀钢筋混凝土的黏结性能测试采用半梁式拉拔试验方法进行. 加载方案及试验情况详见图4，通过在拉拔装置中加设钢辊支，模拟实际受弯构件中纵筋偏心受拉的情况. 为防止钢辊支与试件接触位置过早出现局压破坏，加垫硬质橡胶条. 使用WAW-600D电液伺服万能试验机加载，加载方案采用位移控制，加载速率0.5 mm/min，在试件自由端架设位移计. 试验过程中记录钢筋受到的拉力N，以及试件自由端钢筋与混凝土的位移.2 锈蚀钢筋受力性能2.1 钢筋锈蚀情况钢筋的锈蚀程度均用锈蚀率衡量. 将试件破型取出锈蚀钢筋并进行酸洗和打磨除锈，测量钢筋长度和质量，根据式（1）计算锈蚀率.式中：η为钢筋的锈蚀率，%;m0为钢筋锈蚀前质量，g，按钢筋长度乘以标准线密度计算获得;m为锈蚀钢筋除锈后质量，g.混凝土内的钢筋往往出现不均匀锈蚀，同一根钢筋远离保护层一侧锈蚀情况较轻，靠近保护层的一侧锈蚀较严重（如图5所示）.2.2 钢筋拉伸试验结果锈蚀钢筋拉伸断裂往往在截面削弱严重的坑蚀位置，且钢筋锈蚀越严重，破坏时越突然，颈缩现象越不明显（如图6所示）. 对比不同锈蚀率钢筋的荷载-位移曲线（如图7所示），可发现屈服平台随锈蚀率增大而逐渐缩短.钢筋拉伸试验结果详见表4. 对比试验结果可知HRB500E级钢筋锈蚀后强度及变形性能的变化规律与HRB400级钢筋的基本一致. 钢筋屈服强度、极限强度和伸长率都随锈蚀率增加而明显下降（如图8～图10所示），锈蚀后钢筋强度可按回归公式（2）（3）计算.式中：fy，C、 fy，N分别为未锈蚀和锈蚀后钢筋屈服强度，MPa;fu，C、 fu，N分别为未锈蚀和锈蚀后钢筋极限强度，MPa;δy、δu分别为锈蚀钢筋屈服强度和极限强度的回归系数.2.3 拉拔试验结果锈损拉拔试件的锈胀裂缝主要在底部保护层处沿纵筋方向开展（如图11所示）. 试验结果详见表5. 破坏形式主要有：弯剪破坏、劈裂破坏、局压破坏和钢筋拉断（如图12所示）. 锈蚀率较低、锈胀裂缝较小时，试件出现类似受弯构件的弯剪裂缝. 在自由端附近的钢辊支处先出现沿正截面的豎向裂缝，向上发展后与纵向劈裂裂缝连通（如图12（a）所示）. 锈蚀率较高、锈胀裂缝较宽时，试件出现劈裂破坏，劈裂面混凝土保留较清晰的钢筋肋痕迹，肋间有少量挤压破碎的混凝土粉末（如图12（b）所示）. 混凝土强度等级C40的试件B1-2L5劈裂破坏时辊支附近混凝土局部压碎（如图12（c）所示）. 钢筋强度等级HRB400的试件B2-1L3钢筋拉断（如图12（d）所示）. 可知，当锈蚀率较小时，试件可能出现混凝土受压或钢筋受拉破坏. 试件B1-1H4、B1-1H5因锈胀裂缝过宽而损坏.1 试验设计1.1 试件设计制作为了研究锈蚀钢筋混凝土板的受弯性能，设计制作了16块钢筋混凝土足尺板. 板长2 300 mm，计算跨度2 100 mm，截面b×h=700 mm×100 mm. 足尺板试件根据混凝土和钢筋强度等级不同分为4组，配置详见表1. 板内分布筋均采用HRB400级钢筋，直径6 mm. 试件纵筋伸出板端便于通电锈蚀时钢筋串联. 另外设计16块材料、配筋与足尺板一一对应的小板（如图1所示），与足尺板同期制作完成. 试件混凝土拌和采用标号42.5的普通硅酸盐水泥，粗骨料为最大粒径30 mm的卵石，细骨料为普通河砂. 设计强度为C40的混凝土，配合比为：m水泥∶ m 砂∶ m石∶ m水=1 ∶ 1.49 ∶ 2.68 ∶ 0.47;设计强度为C50的混凝土，配合比为：m水泥∶m砂∶ m石∶ m水=1 ∶ 1.49 ∶ 2.23 ∶ 0.326，使用萘系减水剂. 足尺板与小板试件均在室内自然养护成型. 试件混凝土与钢筋强度标准值详见表 2、表3.1.2 试件通电锈蚀钢筋混凝土板加速锈蚀试验方案如图2所示. 为使足尺板和小板锈蚀环境和程度一致，每块足尺板和对应小板的纵筋串联，接入直流电源正极（足尺板横向分布钢筋做绝缘和防锈处理）;不锈钢棒接入直流电源负极. 试件表面覆盖吸水海绵，通过喷洒淡盐水保证电化学反应持续进行. 本次试验采用24 V外接直流电源，通过调节回路中可变电阻，改变回路电流大小，保持腐蚀电流密度基本恒定在（0.1±0.02） mA/cm2. 锈蚀过程中，定时记录锈蚀回路的电流值，累计试件总通电量，推算钢筋的锈蚀程度，并根据量测结果确定锈蚀时长，确保达到预计锈蚀率. 试验设计钢筋锈蚀程度分为4个等级：0%、5%、10%和15%. 足尺板S1-1H和小板X1-1H 因通电时长超出预计，钢筋锈蚀程度以实际测量值为准.1.3 试验方案足尺板静力抗弯试验、钢筋混凝土拉拔试验和钢筋拉伸试验均在湖南农业大学土木工程实验室进行.足尺板静力抗弯承载力试验采用四点加载方式（如图3所示）. 加载制度依据《混凝土结构试验标准方法》（GB 50152—2012）分级加载. 试件测点布置情况如图3所示：板底跨中和1/3跨段处贴混凝土应变片（S1～S6），板侧贴混凝土应变片（S7～S9）测应变;板底跨中和两个1/3跨段边缘处设置位移计（D2～D4和D6～D8），支座中点处板顶设千分表（D1，D5）测位移. 为尽量避免足尺板在加载过程中发生扭转，用2对长度800 mm的条形钢支座作为四点加载时的支撑，板与支座盖板间的缝隙用水泥净浆填满. 小板完成锈蚀后，按圖1（b）所示切割线，将小板切割成5个试块. 1号、2号块破型取出锈蚀钢筋用于单向拉伸试验;3～5号块用于钢筋混凝土的黏结性能测试.钢筋单向拉伸试验使用WAW-600D电液伺服万能试验机加载，依据《钢筋混凝土用钢材试验方法》（GB/T 28900—2012）进行.锈蚀钢筋混凝土的黏结性能测试采用半梁式拉拔试验方法进行. 加载方案及试验情况详见图4，通过在拉拔装置中加设钢辊支，模拟实际受弯构件中纵筋偏心受拉的情况. 为防止钢辊支与试件接触位置过早出现局压破坏，加垫硬质橡胶条. 使用WAW-600D电液伺服万能试验机加载，加载方案采用位移控制，加载速率0.5 mm/min，在试件自由端架设位移计. 试验过程中记录钢筋受到的拉力N，以及试件自由端钢筋与混凝土的位移.2 锈蚀钢筋受力性能2.1 钢筋锈蚀情况钢筋的锈蚀程度均用锈蚀率衡量. 将试件破型取出锈蚀钢筋并进行酸洗和打磨除锈，测量钢筋长度和质量，根据式（1）计算锈蚀率.式中：η为钢筋的锈蚀率，%;m0为钢筋锈蚀前质量，g，按钢筋长度乘以标准线密度计算获得;m为锈蚀钢筋除锈后质量，g.混凝土内的钢筋往往出现不均匀锈蚀，同一根钢筋远离保护层一侧锈蚀情况较轻，靠近保护层的一侧锈蚀较严重（如图5所示）.。
