海洋环境下钢筋混凝土结构腐蚀疲劳浅谈

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1、海洋环境下钢筋混凝土结构腐蚀疲劳浅谈摘要：对钢筋混凝土结构的腐蚀疲劳性能进行了分析，总结已建和在建的跨海大桥提高结构耐久性的措施，为以后避免或减缓钢筋混凝土结构的腐蚀疲劳破坏提供参考。关键词：海洋环境；钢筋混凝土；腐蚀；疲劳；耐久性Abstract:StudyontheCorrosionfatigueperformanceofreinforcedconcretestructures,tosummarizethestablingbridgetoimprovestructuraldurabilitymeasures,provideareferenceforthefu

2、turetoavoidormitigatethereinforcedconcretestructuressubjectedtocorrosionfatiguedamage.Keywords:marineenvironment;reinforcedconcrete;corrosion;fatigue;durability.中图分类号：TU375文献标识码：A引言6目前国内外跨海大桥的桥墩主要采用钢筋混凝土结构，钢筋混凝土结构耐久性问题一直是国内外广大研究者关注的重点。在20世纪初，Haigh教授首先提出了腐蚀疲劳现象，在以后EvansV.R.认为在工程实践中这种现

3、象是一个很重要的问题，截止目前，国内外对于腐蚀疲劳已经做了很多的研究工作，但都集中在航空和机械领域，而结构工程领域的研究资料相对较少。早在1988年，美国曾报道，一年用于维修和加固钢筋混凝土腐蚀破坏的修复费用高达2500亿美元，其中桥梁修复费用约占60%，是初建费用的四倍；类似的钢筋腐蚀破坏的情形在欧洲、澳大利亚等沿海国家非常普遍，在我国也已经发现许多海港码头的混凝土结构使用不过十年已普遍发生顺筋锈胀开裂、剥落等破坏，相关部门不得不斥巨资修复［1］。而对于海洋环境中的钢筋混凝土桥墩，氯盐的外侵导致结构性能的降低，是造成腐蚀破坏的主要原因，腐蚀现象较内陆更加严重。

4、因此，钢筋混凝土构件的腐蚀疲劳问题是一个非常重要同时也是十分迫切需要解决的问题，鉴于此，本文对跨海环境下钢筋混凝土结构做一些初步的探讨。1．钢筋混凝土结构的腐蚀疲劳性能研究对于普通的钢筋混凝土构件，荷载频率相对偏低，对钢筋混凝土构件的影响较小，但对于受到腐蚀的钢筋混凝土构件，荷载频率却对其疲劳极限强度影响较大，且荷载频率越低，混凝土结构的疲劳极限强度将越低[2]。腐蚀与疲劳荷载的耦合作用直接导致了受弯构件承载能力的降低。1.1腐蚀环境下材料的疲劳性能1.1.1钢筋疲劳性能6钢筋的锈蚀机理主要是Cl-的外侵，大致分为三步，首先是酸化水泥表面的碱性环境，破坏其表面的

5、钝化膜，然后形成以铁为阳极，以残余钝化膜为阴极的“腐蚀电池”使钢筋表面彻底暴露，此外，氯离子还可作为中间载体不断地使Fe2+和OH-生成Fe(OH)2，运走Fe2+，加速腐蚀电池反应，产生钢筋的锈蚀。锈蚀对钢筋的影响可以通过钢筋的S-N曲线表现出来，对于未锈蚀钢筋，在一定的应力水平变程下，无论进行多少次应力循环，钢筋也不会因疲劳而破坏，但对受腐蚀的钢筋，曹建安[3]教授等得出试验拟合的S-N曲线，对比英国钢结构规范S-N曲线图，可以得出锈蚀钢筋的疲劳寿命不会在长期的持久性中有一个较稳定的值。近几年，研究者展开了对钢筋锈蚀率与钢筋疲劳寿命关系的研究，首先是孙晓东[

6、4]等在不同锈蚀率下钢筋混凝土梁的疲劳试验中，初步得到了特定应力幅下钢筋锈蚀率与钢筋疲劳寿命之间的关系，而后张伟平[5]等人还在锈蚀钢筋的轴向拉伸疲劳试验中发现，对于光圆钢筋，在不同应力幅下，腐蚀率与钢筋疲劳的寿命比的函数关系也存在一定差异，见表1-1。对于腐蚀对钢筋疲劳寿命影响的具体表达式还有待进一步研究。表1-1锈蚀钢筋疲劳试验疲劳寿命比数据1.1.2混凝土疲劳性能6混凝土本身的疲劳强度较静力强度低很多，对于处于海洋腐蚀环境中的混凝土疲劳强度更低，一方面，混凝土自身疲劳性能降低；另一方面，由于腐蚀引起的钢筋膨胀使得混凝土开裂，加重了混凝土疲劳性能的降低程度。

7、陈栓发[6]等学者通过一系列的混凝土疲劳试验用腐蚀疲劳因子和腐蚀介质因子的取值说明了腐蚀会降低混凝土疲劳性能，但具体量化的关系式还需要进一步研究确定。1.1.3钢筋与混凝土粘结性能钢筋与混凝土之间的粘结性能受腐蚀环境的影响很大，钢筋的锈蚀和混凝土的脆化使得钢筋与混凝土之间的咬合力和摩擦力大幅度下降，钢筋与混凝土粘结力的下降导致钢筋混凝土结构整体的疲劳性能的降低，潘振华[7]等人得到考虑锈蚀率影响下疲劳荷载下钢筋粘结强度可以用粘结退化系数与锈蚀后钢筋粘结强度的乘积表示，即(式1-1)。但粘结退化系数的影响因素较多，具体取值尚需进一步的试验确定。2.提高钢筋混凝土结

8、构耐久性的措施针对腐蚀环