腐蚀预应力混凝土结构粘结性能研究现状分析

 　　1预应力混凝土结构的耐久性问题

　　预应力混凝土结构与普通混凝土结构相比，不仅结构性能好，而且经济、节能、节材，具有广阔的应用前景，它已渗透到土木、水利及交通工程各个领域[1]。与此同时，预应力结构的耐久性问题也出现了。Schupack[2]于1978年提出的一份调查报告表明：在1950～1977年的28年期间世界范围内共发生28起著名的因后张力筋腐蚀导致整体结构破坏的工程实例，平均每年一起。四年后的1982年，Schupack的另一份关于美国预应力体系腐蚀脆断的调查报告表明：在1978～1982年的5年间，仅美国就有50幢结构物出现了程度不同的预应力筋腐蚀现象，其中10起严重的脆性破坏是由于预应力腐蚀或氢脆引起的[3]。

　　2研究现状及分析

　　2.1腐蚀钢筋粘结性能研究方法

　　2.1.1钢筋加速锈蚀方法目前加速锈蚀的试验方法有“通电法”和“人工气候”加速锈蚀方法。“通电法”主要是利用电化学原理，通过电流的大小来控制锈蚀速度。此法一度被众多学者采用。但由于该方法与实际锈蚀情况存在较大差异，许多学者提出了质疑。“人工气候”加速锈蚀试验是将实际环境进行恶化，更贴近实际自然环境中钢筋混凝土构件的劣化过程。

　　2.1.2腐蚀钢筋粘结性能试验方法目前采用的粘结试验，按其目的可归纳为以下三种类型。

　　①拔出试验。拔出试验的试件制作及试验装置比较简单，试验结果便于分析，长期以来用作对钢筋粘结性能进行相对比较的基准。但作为对各类钢筋粘结性能进行相对比较的基准，也还有很多问题需要考虑。②梁式试验。梁式试件常用于模拟梁的剪跨区的斜裂缝和正裂缝处的粘结锚固状态。梁式试验虽然可以较为真实地反映构件的实际受力特点，但其缺点是试件尺寸较大，制作成本较高，且试验较复杂。③局部粘结-滑移试验。目前采用的有两种类型的粘结试验：一种是短埋长的拔出试验，一种是埋长较大的拉伸试验。

　　2.2腐蚀钢绞线粘结性能退化规律及模型徐有邻通过短粘结拔出试验研究了三股钢绞线的粘结特性，拉拔过程中发现试件往往沿钢绞线的捻制方向发生转动，并有旋转拔出的趋势；研究得到了如图1所示的典型粘结滑移曲线。通过与普通光圆钢筋及带肋钢筋的对比后认为，三股钢绞线的粘结锚固性能早期介于光圆钢筋及带肋钢筋之间，后期有更加优良的延性。

　　李方元等通过拉拔试验获得了钢绞线与高强混凝土的粘结—滑移曲线，见图2，并将之与普通钢筋的粘结—滑移曲线对比，发现其间明显区别在于：粘结滑移曲线可以明显分为上升段和屈服段。

　　李富民通过短粘结拔出试验都得到了典型粘结滑移曲线，该曲线有明显的上升段和屈服段，通过分析不同腐蚀程度短粘结试件粘结滑移曲线得到了粘结特性参数，研究发现：由于试件腐蚀程度较低，腐蚀试样的极限粘结强度和粘结刚度总体上不仅未出现退化，反而还有较为明显的增加；未腐蚀试样的粘结延性明显大于腐蚀试样。提出了无旋转条件下钢绞线的粘结滑移特征曲线，如图3所示，并提出图3所示的粘结滑移设计曲线。

　　3腐蚀预应力混凝土结构粘结性能研究存在的问题

　　①尽管目前的试验方法有多种，但大部分仅限于静态或拟静态的试验研究，对于抗震要求的结构构件，还应研究动态的粘结滑移性能，由实测粘结应力的分布和钢筋与混凝土间在界面上的相对滑移，得出沿界面上一些代表位置上的局部粘结应力和局部滑移之间的本构关系，再将该本构关系应用于有限元分析，进而为结构的抗震设计提供可靠依据。

　　②目前对钢筋与混凝土粘结锚固性能的研究主要是研究并建立钢筋和混凝土的粘结滑移本构关系。用传感器或千分表测钢筋和混凝土之间的相对滑移，从而建立钢筋和混凝土粘结滑移本构关系。但由于试验技术所限，精确量测钢筋与混凝土之间的滑移量非常困难，许多学者建立的τ-s关系中，s是端部滑移或加载端和自由端滑移的平均值。还有一些学者建立的τ-s关系实际上用的是短锚试件的平均粘结应力τ和加载端滑移sl，而并未考虑沿锚长不同位置的差异，再加上目前试验方法的局限性，这些问题还有待于在今后的研究中进一步解决。

　　③目前仅有较少的学者对腐蚀钢绞线的粘结性能研究相对较为深入，但没有都考虑到后张法预应力钢绞线的粘结环境，并未对钢绞线的粘结性能退化模型做出定量的预测。要想得到更为深入具体结果，需要更为深入和广泛的研究。

　　④现有的研究受腐蚀条件的影响，一般裂缝宽度都在较小的范围内，研究的粘结性能的退化预计模型能否在较大的裂缝宽度时适应，还需进行验证和研究。

　　参考文献：

　　[1]张德峰，吕志涛.现代预应力混凝土结构耐久性的研究现状及其特点[J].工业建筑，2002（30）.

　　[2]李果等.钢筋混凝土耐久性实验方法研究[J].淮海工学院学报，2002，11（3）：45-48.

　　[3]陈广超.混凝土内钢筋锈蚀的力学过程研究[D].矿业大学，2002.