王禮彬，邱 杰，黃 柳，曹國輝*

(1. 長沙理工大學 土木工程學院，長沙 410114；2. 湖南城市學院 土木工程學院，湖南 益陽 413000)

鋼-混凝土組合梁能夠將混凝土材料抗壓性能好、經濟性好，以及鋼材抗拉強度高、塑性好的優(yōu)點充分發(fā)揮，使材料各自的力學性能得到合理利用，兼具經濟性與實用性，具有廣闊的發(fā)展應用前景.鋼-混凝土組合梁在一定環(huán)境條件下，構件材料性能往往會隨時間退化，所導致的組合梁結構耐久性能退化的最普遍原因便是抗剪連接件銹蝕問題，這也是影響組合梁耐久性的主要因素.抗剪連接件銹蝕程度是決定組合結構耐久性的關鍵因素.

文獻[1-3]對鋼-混凝土組合梁整體受力性能進行了耐久性試驗研究.結果表明，鋼-混凝土組合梁經過腐蝕作用后會降低鋼組合梁筋強屈比，增大交界面相對滑移，其撓度延性比與栓釘腐蝕程度呈負相關關系；隨著栓釘銹蝕程度的增加，屈服強度和極限強度減小，塑形性能下降，彈性模量降低.在此基礎上，上述文獻還建立了銹蝕栓釘力學性能退化模型和本構關系模型.

趙長軍等[4]基于受彎性能試驗和數值模擬，對5根梁進行試驗，其中4根梁采用恒定電流通電加速銹蝕方法(CCAC)使其抗剪栓釘銹蝕，栓釘銹蝕率為0%～40%，銹蝕完成后進行靜力加載，探究組合梁在負彎矩作用下的力學性能.結果表明：隨著栓釘銹蝕率的增加，組合梁抗彎承載力輕微減小，但其抗剪承載力則明顯減小.基于試驗數據及理論分析，得到了考慮栓釘銹蝕影響的理論計算模型.

熊輝等[5]研究了腐蝕與長期荷載耦合作用后栓釘連接件的力學性能，對8個鋼-混凝土連接件進行了推出試驗.試驗結果表明：栓釘銹蝕導致試件抗彎剛度和極限承載力降低，且對鋼梁與混凝土板之間的相對滑移影響顯著；腐蝕與荷載之間存在相互作用、相互影響的關系，即栓釘在壓應力作用側腐蝕減緩，在拉應力作用側腐蝕加快.

本文根據11根栓釘銹蝕后鋼-混凝土組合梁極限承載力試驗數據，結合理論分析，提出一種計算栓釘銹蝕情況下組合梁極限承載力的計算方法，以此研究栓釘銹蝕對組合梁極限承載力影響.

1 組合梁極限承載力試驗

1.1 試件設計

組合梁計算跨徑l0=2 000 mm，截面如圖1所示.型鋼選用125 mm×125 mm的Q235寬翼緣H型鋼，彈性模量為2.01×105MPa，屈服強度為315.7 MPa，極限強度為433.2 MPa.混凝土板采用C40混凝土，配合比水∶水泥(P42.5)∶砂∶碎石∶減水劑=150.0∶390.0∶710.0∶1 040.0∶12.7.每根梁配2列共32個Φ16 mm×60 mm栓釘，縱向間距130 mm，橫向間距60 mm.

圖1 組合梁截面 /mm

1.2 試驗現象

試驗共對11根鋼-混凝土組合梁試件進行了極限承載力破壞試驗，結果見圖2～圖3.由圖3可知，試件均表現為彎壓破壞，且試件鋼梁和混凝土翼板之間均無明顯錯位，僅受壓區(qū)混凝土翼板上表面被壓碎.荷載作用初期，鋼梁和混凝土翼板截面組合效應及整體工作性能良好，所有儀表讀數正常且數據變化較為穩(wěn)定，整個試件處于彈性工作階段；當荷載增至0.4uP(uP為極限承載力)左右時，組合梁發(fā)出輕微悶響聲，從各千分表讀數可看出滑移明顯增大，鋼梁與混凝土翼板之間的自然粘結受到破壞，此時可觀察到混凝土翼板底部有橫向裂縫產生；隨著荷載繼續(xù)增加，千分表指針轉動速率加快，試件底部橫向裂縫越來越明顯；當荷載達到0.8uP左右時，底部橫向裂縫發(fā)展加劇，且混凝土板開始出現縱向裂縫，組合梁繼續(xù)發(fā)出悶響聲，各百分表、千分表讀數不斷增大；荷載增加到0.9uP時，組合梁已產生明顯變形，撓度及滑移值迅速增加，混凝土表面跨中部位已有部分混凝土被壓碎，悶響聲越來越大，且荷載出現回落的趨勢；待穩(wěn)定后持續(xù)加載至試件破壞，撓度明顯增大，悶響聲更加清晰，混凝土板裂縫從板底延伸至側面及頂面，隨后混凝土翼板上表面被壓碎.

圖2 試驗現場

圖3 組合梁破壞形態(tài)

試驗結束后記錄混凝土表面及試件破壞情況，并對混凝土板進行破型，取出栓釘.按照相關規(guī)范要求對銹蝕栓釘連接件進行除銹處理，并通過測量栓釘質量損失，計算栓釘實際銹蝕率.

1.3 試驗結果及分析

根據混凝土加載齡期將試件分為3組：不加載試件(SCB1，SCB4，SCB5，SCB6)、7 d齡期加載試件(SCB2，SCB7，SCB8，SCB9)和28 d齡期加載試件(SCB3，SCB10，SCB11).根據試驗結果，得到3組試件極限承載力隨銹蝕率變化情況，如表1所示.

表1 試驗理論極限承載力與銹蝕率關系

由表1可知，不同混凝土加載齡期的3組試件極限承載力均受到栓釘銹蝕率的影響.隨著栓釘銹蝕率的增加，各試件極限承載力基本呈線性下降趨勢.銹蝕試件的極限承載力較未銹蝕試件均出現了不同程度的降低，其中承載力降低率最高的試件為SCB11，達到了5.41%；對未銹蝕且不同加載齡期的3個試件SCB1，SCB2和SCB3的承載力進行對比，發(fā)現混凝土加載齡期對試件的極限承載力影響較小，其承載力僅下降了0.54%；另外，3組試件中未銹蝕試件SCB1，SCB2和SCB3的極限承載力均比銹蝕試件的極限承載力要高，這主要是由于試件在腐蝕環(huán)境的作用下，栓釘與混凝土翼板的抗剪連接程度降低，導致其極限承載力降低.

2 計算分析

2.1 部分剪力連接組合梁極限承載力

隨著栓釘數量的減少，鋼梁和混凝土翼板協同工作程度下降，同時由于抗剪連接程度降低而引起滑移變形過大，使鋼梁的塑性不能充分發(fā)揮，即鋼梁截面不能進入強化工作階段，以致抗彎承載力下降.工程實際中，栓釘銹蝕不僅會導致栓釘的抗剪能力下降，也會降低鋼梁與混凝土翼板間的抗剪連接程度.因此，可以考慮采用部分抗剪連接的計算方法來計算組合梁的極限承載力.文獻[6]中提出的部分抗剪連接組合梁塑性極限抗彎承載力按

2.2 栓釘銹蝕情況下組合梁極限承載力

栓釘的銹蝕必然導致組合梁的抗剪連接程度降低.根據試驗數據進行擬合，用栓釘銹蝕率將組合梁抗剪連接系數通過線性關系表示，即：

其中，m為栓釘銹蝕率.引入栓釘銹蝕修正系數α對組合梁塑性極限抗彎承載力公式進行修正：

修正結果見圖4.由圖4可知，修正后的組合梁極限承載力計算值與試驗值吻合良好，能夠體現栓釘銹蝕條件下組合梁極限承載力的退化規(guī)律，并且能根據不同的栓釘銹蝕率，計算組合梁在栓釘銹蝕情況下的極限承載力.該計算方法準確性較好，可為栓釘銹蝕情況下組合梁的可靠性評估提供一定的試驗依據與理論基礎.

圖4 修正結果

3 結論

1)栓釘銹蝕將導致組合梁極限承載力降低，且伴隨銹蝕率增大承載力呈線性下降趨勢.

2)栓釘銹蝕將直接影響組合梁的抗剪連接程度，基于組合梁的部分抗剪連接計算公式給出的在栓釘銹蝕情況下的組合梁極限承載力計算模型，其計算值與試驗值吻合良好，具有一定可靠性.