王志磊

摘要：鋼筋混凝土（RC）簡支梁橋由于車輛荷載及各種物理的和化學(xué)的作用，出現(xiàn)了不同程度的損傷，其中相當多的一部分己被列入危舊橋梁急待評定、決策和處理。與橋的安全關(guān)系最密切的是橋面梁的受彎承載力。提出了用鋼筋作用系數(shù)反映粘結(jié)破壞對在用鋼筋混凝土簡支橋面梁受彎承載力的影響以及在用鋼筋混凝土簡支橋面梁受彎承載力的估算力法。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土簡支橋面梁;耐久性損傷

一、受彎承載力估算

1.影響因素

耐久性損傷對RC構(gòu)件受彎承載力的影響主要反映在以下兩個方面截面變化、材料力學(xué)性能變化以及鋼筋與混凝土共同工作性能變化。截面變化包括構(gòu)件的截面損失和鋼筋的截面損失。橋面梁的截面損失一般為受拉區(qū)混凝土保護層脫落，這對其受彎承載力影響不大;而鋼筋截面損失對梁的受彎承載力的影響不能忽略。材料力學(xué)性能主要指鋼筋和混凝土的強度。混凝土的強度取現(xiàn)場實測的結(jié)果，鋼筋未銹蝕部分的強度可取原設(shè)計強度。當鋼筋銹蝕到一定程度時，保護層沿鋼筋產(chǎn)生裂縫，鋼筋和混凝土之間粘結(jié)強度降低。在荷載作用下，二者相對滑移增大，鋼筋應(yīng)變分布趨于均勻，最大彎矩截面處鋼筋的應(yīng)變小于其周圍混凝土的平均應(yīng)變，使受彎承載力降低。

2.估算方法

由上述影響因素分析可知，在己知鋼筋銹后面積和混凝土實際強度的基礎(chǔ)上，影響梁受彎承載力的主要因素是鋼筋與混凝土的共同工作性能，粘結(jié)破壞的鋼筋在屈服之前，梁己經(jīng)達到受彎承載力，鋼筋不能充分發(fā)揮作用。

3.估算步驟

1.確定危險截面，即需要估算受彎承載力的截面;

1.1 實測截面尺寸、混凝土強度（換算為軸心抗壓強度，取平均值）、鋼筋強度和鋼筋銹后截面面積（鋼筋取樣有困難時可近似取鋼筋強度標準值;保護層完好的鋼筋截面面積可近似取公稱直徑計算）;

1.2 根據(jù)混凝土保護層的損傷情況，確定各鋼筋的作用系數(shù)aE，計算各鋼筋的等效面積，求和得到鋼筋的總等效面積;

二、試驗

1.試件

采用從某橋拆下的3根簡支板梁（l1、L2和L3）作為試件。某橋建于1964年經(jīng)過50多年的使用，橋面板梁發(fā)生了不同程度的耐久性損傷。試驗用的3根板梁的損傷情況為：L1損傷最輕僅一側(cè)角部混凝土剝落，一根主筋外露，其它僅有一些輕微的銹脹裂縫;L2損傷較重，梁底部兩側(cè)的混凝土均有剝落，3根主筋外露（局部4根），最外側(cè)的1根主筋在跨中約4m長的范圍內(nèi)與混凝土基本脫離，L3損傷最重，梁底部兩側(cè)的混凝土均有剝落4根主筋外露（局部6根），其中最外兩側(cè)的2根主筋在跨中約5～6m長的范圍內(nèi)與混凝土完全脫離，另外2根主筋與混凝土部分脫離。 3根板梁都是長680cm，設(shè)計截面寬99cm，高40cm。梁底縱向受力筋為12 Φ20

試驗后，在每根板梁支座附近各選3根基本未銹蝕的鋼筋進行拉伸試驗，量測鋼筋的屈服強度和極限強度，結(jié)果見表2（表中的屈服強度和極限強度均按鋼筋的實測面積求得）。3根板梁鋼筋的面積、強度實測值有一定的離散性，分別取各自的平均值作為未銹鋼筋的面積和強度。

受試驗條件限制，本文沒有進行銹蝕鋼筋的拉伸試驗，認為銹蝕后鋼筋強度不變。

明顯銹蝕的鋼筋（長15cm左右），采用稱重法量測其截面面積;基本未銹蝕鋼筋的截面面積取為相應(yīng)板梁拉伸試驗中所用鋼筋截面面積的平均值。量測結(jié)果為L1，L2和L3跨中截面鋼筋總面積分別3629、3385和3240mm2，相當于幾鋼筋銹蝕前（按公稱直徑計算）的96.3%，89.8%和85.9%。

采用取芯法檢測混凝土的強度，L1、L2和L3混凝}_的強度分別為34.9，44.6，40.4MPa。

2.試驗裝置及量測

根板梁均采用兩端簡支，在三分點處施加對稱集中荷載。采用液壓千斤頂單調(diào)分級加載，當跨中撓度超過板梁凈跨的1/50時，停止加載。

量測不同截面處的鋼筋應(yīng)變和板梁6分點處的位移除L1的部分應(yīng)變片布置在一根保護層開裂但未剝落的主筋上外，其余鋼筋應(yīng)變片均布置在外露的主筋上。

3.試驗結(jié)果及分析

3.1破壞特征。加載后，跨中裂縫一般都是在原有裂縫的基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)展;隨著荷載的增加，陸續(xù)出現(xiàn)一些新的裂縫。當梁進入塑性階段時，裂縫基本出齊，僅純彎段的3～ 4條裂縫加寬。在整個梁長范圍內(nèi)，L1，L2和L3的裂縫數(shù)分別大致為21根、12根和14根。L2和L3的裂縫間距相差不明顯，但L1的裂縫間距明顯小于L2、L3的裂縫間距，說明隨著鋼筋銹蝕程度的增加，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)作用降低，裂縫平均間距增大。雖然試驗板梁外側(cè)的主筋銹蝕嚴重，但由于內(nèi)側(cè)的主筋并未銹蝕或銹蝕很少與混凝土粘結(jié)完好，所以板梁仍表現(xiàn)出適筋梁的破壞特征。

3.2受彎承載力。在試驗的加載方式下板梁的跨中截面為危險截面;并且由于跨中截面損傷最為嚴重，所以通過跨中截面的知來研究板梁的受彎承載力。

圖1為3根板梁實測跨中截面彎矩一撓度曲線（不包括梁自重下的彎矩和撓度）。

L1，L2和L3的跨中最大彎矩分別為317.3，282.8和277.2KN*m。達到最大彎矩時，板梁開裂己經(jīng)很嚴重，梁的跨中撓度或壓區(qū)混凝土的破壞己超過《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標準》（GB50152一92）的規(guī)定。為安全起見，取板梁跨中彎矩一撓度曲線的“彈性階段”與“塑性階段”之間過渡段彎矩的平均值作為板梁的受彎承載力。

由此得到的L1，L2和L3的受彎承載力分別為284.1，246.6和233 . 2 KN*m。可見隨著損傷程度的加重梁的承載力降低。

3.3鋼筋應(yīng)變。因嚴重銹蝕而失去了保護層的鋼筋和混凝土的粘結(jié)作用減弱甚至在一定長度范圍內(nèi)消失，應(yīng)變沿全長的分布較為均勻。如圖2a，2b的S2和S3，S7和S8分別為板梁L1同一鋼筋不同截面處的鋼筋應(yīng)變，其中S2， S3對應(yīng)的鋼筋保護層接近完好，S7 ， S8對應(yīng)的鋼筋保護層脫落、鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)作用差，荷載相同時，S2，S3相差較大，而 S7， S8相差較小。

三、估算方法驗證

為了檢驗上述估算方法的可靠性，對文獻中的試驗梁實際受彎承載力進行估算;試驗梁共有24根，其中完好梁8根，損傷梁16根。損傷梁的順筋銹蝕裂縫寬度在0.6～2.5mm之間，根據(jù)表1，一致取梁的鋼筋作用系數(shù)ae =0.9。按提供的數(shù)據(jù)（不計受壓區(qū)鋼筋的影響），分別對完好梁和損傷梁的實際受彎承載力進行計算，結(jié)果如下：

對完好梁的n值（n為本文方法的受彎承載力估算值與試驗值之比）進行統(tǒng)計分析，得到，n=0.94，σ=0.060;對損傷梁的n，：值進行統(tǒng)計分析，得到n=0.93，σ=0.038。損傷梁的估算結(jié)果和完好梁的計算結(jié)果精確程度接近，當保護層順筋開裂較嚴重但僅局部有剝落時，取aE=0.9進行損傷梁受彎承載力的估算符合精度要求。

四、結(jié)束語

本文引入鋼筋作用系數(shù)的概念來反映鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)損傷對受彎承載力的影響，提出了在用RC簡支橋面梁受彎承載力的估算方法，為有關(guān)橋梁管理部門對簡支梁橋進行安全評估及加固、維修決策提供了可用的方法。