廈門海底隧道初期支護(hù)鋼拱架銹蝕構(gòu)件試驗(yàn)(共19頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第三章 廈門海底隧道初期支護(hù)鋼拱架銹蝕構(gòu)件試驗(yàn)3.1鋼拱架構(gòu)件電化學(xué)銹蝕速率試驗(yàn)對(duì)于鋼拱架銹蝕構(gòu)件試驗(yàn)，首先我們就是要弄清楚鋼拱架構(gòu)件在電解槽中的銹蝕速率，即工字鋼銹蝕質(zhì)量與通電電流、通電時(shí)間之間的關(guān)系。因此，鋼拱架構(gòu)件電化學(xué)銹蝕速率試驗(yàn)是后面其他構(gòu)件試驗(yàn)的輔助性試驗(yàn)，也是必備的試驗(yàn)。3.1.1快速電解銹蝕法的理論基礎(chǔ)鋼筋的自然腐蝕是一個(gè)緩慢的電化學(xué)過(guò)程。在試驗(yàn)室進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)必須加速鋼筋腐蝕。試驗(yàn)采用電解液快速腐蝕法加速鋼筋的腐蝕?？焖俑g試驗(yàn)的依據(jù)是法拉第定律。所謂法拉第定律，就是：通過(guò)電極的電量正比于電極反應(yīng)的反應(yīng)進(jìn)度與電極反應(yīng)電荷數(shù)的乘積。具體做法是:把試件放在

2、5%NaCl溶液中浸泡。然后將試件橫放入電解槽中,加入已配置好的5%NaCl溶液。將鋼筋混凝土試件中的鋼筋用導(dǎo)線與可調(diào)式穩(wěn)壓電源的陽(yáng)極相接,電源陰極與溶液中的銅板連接,通過(guò)NaCl溶液形成回路,使陽(yáng)極的鋼筋發(fā)生腐蝕。按照理論鋼筋腐蝕率,換算成相應(yīng)鋼筋的設(shè)計(jì)腐蝕質(zhì)量。再根據(jù)設(shè)計(jì)腐蝕量與法拉第原理,選擇適當(dāng)?shù)碾娏髅芏燃纯纱_定通電時(shí)間。按腐蝕所導(dǎo)致的鋼筋質(zhì)量損失可以按照式(1)估計(jì)。 (1)式中:m 鋼筋質(zhì)量損失；t 腐蝕時(shí)間；I 腐蝕時(shí)間內(nèi)流經(jīng)鋼筋截面的平均電流。 在快速電解銹蝕試驗(yàn)中，我們控制I為一定值，則可以得出m與時(shí)間t的關(guān)系，而且是線性關(guān)系。3.1.2 試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)步驟1）試驗(yàn)裝置快速電

3、解銹蝕試驗(yàn)用到的裝置主要就是電解槽。 圖3-1 電解槽 圖3-2 電解槽裝置示意圖2)試驗(yàn)步驟取18b工字鋼截成5斷，每段長(zhǎng)度相等，用電子秤稱取每段質(zhì)量并記錄下來(lái)。然后澆筑試驗(yàn)構(gòu)件，編號(hào)，如圖3-3、圖3-4； 圖3-3 構(gòu)件澆筑 圖3-4 脫模后的構(gòu)件在電解槽里面配置5%濃度的NaCl溶液，將構(gòu)件置入浸泡兩天，使鹽水慢慢滲入構(gòu)件內(nèi)部，與里面的鋼拱架接觸；按照?qǐng)D3-2連接電解線路，注意此處用到的是直流電源；開通電源，調(diào)整電流，控制電流為5A；保持電流不變，通電到原先設(shè)計(jì)的時(shí)間，取出構(gòu)件，鑿開取出工字鋼；用1%濃度的鹽酸溶液進(jìn)行酸洗，再用3%濃度的碳酸鈉溶液中和，然后用清水沖洗干凈，擦干后，用電

4、子秤稱取銹蝕后工字鋼的質(zhì)量；對(duì)照編號(hào)，用銹蝕之前工字鋼的質(zhì)量減去銹蝕后并除去銹的工字鋼質(zhì)量，得到每個(gè)構(gòu)件工字鋼的銹蝕質(zhì)量。 圖3-5 銹蝕前的工字鋼 圖3-6 快速電解銹蝕后的工字鋼 圖3-7 除銹之后的工字鋼3.1.3工字鋼銹蝕速率曲線根據(jù)試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)可得表3-1： 表3-1 銹蝕質(zhì)量與時(shí)間對(duì)應(yīng)表編號(hào)原質(zhì)量/kg銹蝕后質(zhì)量/kg電流/A銹蝕質(zhì)量/kg通電時(shí)間/h15.795.5850.214825.7135.47550.2386035.7635.40550.3588945.7235.34550.3789755.955.8550.120用曲線表示上表： 圖3-8 銹蝕質(zhì)量與時(shí)間關(guān)系圖 從圖3-

5、8中，我們可以看出，在控制電流條件下，銹蝕質(zhì)量與銹蝕時(shí)間的關(guān)系是線性的，試驗(yàn)結(jié)果與法拉第定律相符。通過(guò)量取，圖3-8中直線的斜率為0.。因此，我們可以得出在我們?cè)囼?yàn)中快速電解銹蝕質(zhì)量與通電時(shí)間的關(guān)系式： (2)mt 銹蝕質(zhì)量，單位kg；t 通電時(shí)間，單位為小時(shí)h；備注：上述關(guān)系式的前提條件是控制電流恒定在5A。在接下來(lái)的其他構(gòu)件試驗(yàn)中，我們需要用到關(guān)系式（2）。3.2鋼拱架銹脹力構(gòu)件試驗(yàn)埋在混凝土中的鋼拱架發(fā)生銹蝕以后，其產(chǎn)生的鐵銹的體積是相應(yīng)原來(lái)體積的2-4倍，因而會(huì)向周圍膨脹，而鋼筋四周的混凝土則限制它的膨脹,產(chǎn)生了交界面上的壓力,這種壓力就稱為鋼筋銹脹力。鋼筋銹脹力會(huì)影響鋼筋與混凝土的粘

6、結(jié)性能，而且將導(dǎo)致混凝土保護(hù)層受拉而開裂，鋼筋混凝土構(gòu)件一旦受銹脹力縱裂以后，鋼筋銹蝕速度加快,這對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件的耐久性是十分不利的，因而，研究銹脹力對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性分析有著十分重要的意義。由于銹脹力難以通過(guò)試驗(yàn)手段測(cè)得，缺乏試驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，到目前為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)銹脹力的研究尚不多見。本試驗(yàn)只討論工字鋼的銹脹力問(wèn)題。3.2.1試驗(yàn)原理與步驟1）試驗(yàn)原理銹脹力試驗(yàn)困難的主要原因有：(1)通電快速銹蝕時(shí)銹蝕率的不好控制；(2)用于測(cè)銹脹力的試驗(yàn)儀器既有強(qiáng)度要求，不能被壓壞，又有防銹蝕要求，儀器還不能體積太大以防改變鋼筋混凝土內(nèi)部粘結(jié)的真實(shí)性。針對(duì)以上所指困難的第一點(diǎn)，我們預(yù)先澆筑同等大小、規(guī)格的工

7、字鋼和混凝土構(gòu)件，進(jìn)行通電快速銹蝕試驗(yàn)，得出銹蝕率與時(shí)間的關(guān)系曲線圖3-8。然后再以相同快速銹蝕條件和環(huán)境進(jìn)行銹脹力的試驗(yàn)，這樣就能得到具體時(shí)間相應(yīng)銹蝕率所對(duì)應(yīng)的銹脹力。對(duì)于上面提到的銹脹力試驗(yàn)的第二個(gè)困難點(diǎn)，本試驗(yàn)采用方法是：用土壓力盒，外面用薄絕緣膜包裹，固定在工字鋼上，再澆筑混凝土通電銹蝕，用靜態(tài)應(yīng)變儀測(cè)得頻率，然后轉(zhuǎn)換成銹脹力。土壓力盒能夠滿足強(qiáng)度要求，不會(huì)被壓壞。絕緣膜要求要薄，并且防水，沒(méi)有壓縮性，能很好的傳遞銹脹力。絕緣膜的選用是本試驗(yàn)成敗或者說(shuō)試驗(yàn)效果好壞的關(guān)鍵。如圖3-9和3-10 ： 圖3-9 壓力盒的保護(hù)與固定 圖3-10 應(yīng)變讀數(shù)儀對(duì)于銹脹力試驗(yàn)，我們采用如下方案：(1

8、)不同的保護(hù)層厚度澆筑構(gòu)件，進(jìn)行對(duì)比，包括早期銹脹力、開裂和后期銹脹力的對(duì)比。本試驗(yàn)有4種不同的保護(hù)層厚度，分別為22cm、24cm、26cm、28cm。 (2)不同的通電銹蝕時(shí)間，得到不同銹蝕率下的銹脹力。2）試驗(yàn)步驟(1)將壓力盒裝到工字鋼上,要求絕緣保護(hù)膜于工字鋼之間無(wú)雜質(zhì)，貼緊效果好，并記錄壓力盒編號(hào)和對(duì)應(yīng)的位置；(2)澆筑混凝土構(gòu)件，并養(yǎng)護(hù)；(3)通電銹蝕，記錄銹蝕時(shí)間，銹蝕的同時(shí)，將壓力盒數(shù)據(jù)線連接倒應(yīng)變儀上，記錄頻率數(shù)據(jù)； 表3-2 銹脹力試驗(yàn)記錄表編號(hào)保護(hù)層厚度/cm通電時(shí)間/h12290224104326115428121(4)將記錄下來(lái)的頻率數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)于各壓力盒的參數(shù)，換算

9、成銹脹力；(5)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)應(yīng)變讀數(shù)儀記錄的數(shù)據(jù)是頻率值，需要轉(zhuǎn)換為銹脹力。轉(zhuǎn)換公式如下： P 銹脹力，單位為MPa；L 記錄頻數(shù)值；a、b 壓力盒標(biāo)定系數(shù)。根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，利用上面的公式，我們可以得到銹脹力與通電時(shí)間的關(guān)系圖3-11： 圖3-11 銹脹力與通電時(shí)間關(guān)系圖 表3-3 曲線系列號(hào)與保護(hù)層厚度對(duì)應(yīng)表系列號(hào)保護(hù)層厚度/cm系列122系列224系列326系列428銹脹力試驗(yàn)的通電電流和快速銹蝕試驗(yàn)電流相同，都控制在5A，這樣我們就可以根據(jù)圖3-8的曲線得出銹脹力與銹蝕率的關(guān)系圖。所謂銹蝕率就是銹蝕質(zhì)量與原質(zhì)量之比。即： 銹蝕率。如此我們就得到銹脹力與銹蝕率關(guān)

10、系圖： 圖3-12 銹脹力與銹蝕率關(guān)系圖3.2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析根據(jù)圖3-11和圖3-12，我們可以發(fā)現(xiàn)：(1) 銹脹力隨著銹蝕率的增加而增加；(2) 相同銹蝕率情況下，隨保護(hù)層厚度的增加，銹脹力也增加。這是因?yàn)榛炷恋谋Ｗo(hù)層厚度越厚，外圍混凝土的約束就越剛性，鐵銹膨脹收到的阻力越大，因?yàn)殇P脹力就越大。(3) 在通電銹蝕的前5小時(shí)左右，銹脹力的增加趨勢(shì)很緩，隨后增加比較大。 表3-4 通電5小時(shí)時(shí)各構(gòu)件的銹脹力對(duì)應(yīng)表保護(hù)層厚度/cnm22242628 銹脹力/Mpa0.004950.005680.006610.00862從表3-4，我們可以看出，在通電銹蝕的前5個(gè)小時(shí)，銹脹力很小，之后，增加的

11、趨勢(shì)才變得明顯。結(jié)合徐港等關(guān)于鋼筋銹脹力的研究以及我們?cè)谕婁P蝕過(guò)程中的觀察，我們可以對(duì)于銹蝕產(chǎn)物的形成和發(fā)展過(guò)程進(jìn)行一些分析。銹蝕產(chǎn)物的形成、發(fā)展一般分為三個(gè)階段：自由銹蝕階段、銹脹力明顯增加階段和脹裂。(1)自由銹蝕階段當(dāng)鋼筋表面的鈍化膜遭到破壞時(shí)，鋼筋處于活化狀態(tài)，陽(yáng)極區(qū)的鐵原子轉(zhuǎn)化為亞鐵離子，接著它與氫氧根反應(yīng)生成Fe(OH)2，進(jìn)一步與水和氧氣反應(yīng)生成Fe(OH)3。這種反應(yīng)模式得以實(shí)現(xiàn)的前提是混凝土是一種多孔材料且鋼筋與混凝土的界面存在空隙，否則陰、陽(yáng)離子很難遷移，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)。所以鋼筋銹蝕初期，生成的鐵銹將首先填充鋼筋與混凝土界面間的空隙，部分還會(huì)滲人界面周圍混凝土的孔隙中，而對(duì)周圍

12、混凝土產(chǎn)生壓力很小。顯然，孔隙或空隙的總體積越大，產(chǎn)生銹脹力的時(shí)間就越晚，而這種孔隙或空隙的體積是與鋼筋的表面積，混凝土的水灰比，水化程度及固結(jié)程度有關(guān)的。混凝土越不密實(shí)，鋼筋銹蝕產(chǎn)物越容易向混凝土中擴(kuò)散與外逸，減少銹蝕產(chǎn)物在鋼筋周圍的堆積量，鐵銹所引起的膨脹壓力越小。(2)銹脹力明顯增加階段 當(dāng)銹蝕產(chǎn)物的總量超過(guò)鋼筋與混凝土界面附近的孔隙或是空隙可容納的銹蝕產(chǎn)物總量時(shí)，銹脹力的增加就開始變得明顯。(3)脹裂當(dāng)銹蝕產(chǎn)物的總量達(dá)到混凝土保護(hù)層脹裂時(shí)所能承受的最大銹蝕物量時(shí)，構(gòu)件便出現(xiàn)裂縫。在我們的通電銹蝕過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)在通電時(shí)間達(dá)到90個(gè)小時(shí)左右，構(gòu)件表面會(huì)出現(xiàn)明顯的縱向裂紋。 圖3-13 構(gòu)

13、件銹蝕脹裂圖3.3鋼拱架銹蝕條件下的粘結(jié)滑移構(gòu)件試驗(yàn)鋼拱架銹蝕后,在工字鋼與混凝土之間形成一層鐵銹層，工字鋼與混凝土之間的化學(xué)膠結(jié)力、變形鋼筋的機(jī)械咬合力以及混凝土對(duì)工字鋼的約束力均受到不同程度的減弱，從而產(chǎn)生了工字鋼與混凝土之間粘結(jié)性能的退化。本文通過(guò)銹蝕變形工字鋼在混凝土試塊中的拔出試驗(yàn),研究工字鋼銹蝕量對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響以及粘結(jié)應(yīng)力與滑移關(guān)系的變化，為進(jìn)一步研究銹蝕鋼拱架構(gòu)件的力學(xué)性能退化打下基礎(chǔ)。3.3.1試驗(yàn)原理與步驟1、試驗(yàn)原理(1)試件設(shè)計(jì)為了防止銹蝕后的加載拔出時(shí)，混凝土還未滑移就造成試件混凝土劈裂破壞，試件的保護(hù)層厚度要設(shè)計(jì)大一些，采用110mm。工字鋼采用與現(xiàn)場(chǎng)常用的一樣I1

14、8b。如圖3-14： 圖3-14 試件尺寸圖 （單位：cm） 根據(jù)海底隧道初期支護(hù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，混凝土重量配合比為水：石子：砂子：水泥=1：3.5：2.7：1.8。(2)加載裝置采用500t壓力機(jī)加載裝置，將工字鋼從試件中壓出，具體裝置示意圖如3-15：采用每20KN為一級(jí)的加載方式，直到粘結(jié)發(fā)生破壞，記錄每一級(jí)加載后的粘結(jié)滑移量。 圖3-15 加載裝置圖 (3)測(cè)量裝置滑移量的測(cè)量，采用精度為0.01mm的位移計(jì)測(cè)量。上下兩個(gè)，下面的測(cè)量加載段的滑移量，上面的測(cè)量固定端的滑移量。讀數(shù)采用配套的讀數(shù)儀，如圖3-16。 圖3-16 位移計(jì)讀數(shù)儀2、試驗(yàn)步驟 (1) 用電化學(xué)快速銹蝕的方法，將試件通電

15、不同的時(shí)間（通電電流相等，為5A），得到不同的銹蝕率，見表3-5； 表3-5 粘結(jié)滑移試件通電時(shí)間和銹蝕率對(duì)應(yīng)表編號(hào)123456通電時(shí)間/h072100180240300對(duì)應(yīng)銹蝕率03.62%5.02%9.05%12.06%15.08%(2)打磨，將構(gòu)件上部工字鋼斷面打磨平，目的是為了在加載的時(shí)候受力均勻，防止不均勻滑移；(3)上加載架，保證下部工字鋼能從墊板中推出，如圖3-17； 圖3-17 反力墊板(4)安裝位移計(jì)，將兩端的位移計(jì)連接到讀數(shù)儀上，記錄初始讀數(shù)； (5)加載，初始?jí)毫?0KN，保證加載速度均勻40KN/min。逐級(jí)加載，每20KN為一級(jí)，直到粘結(jié)發(fā)生破壞； (6)每一級(jí)加載后

16、，穩(wěn)住荷載，迅速讀取兩端位移計(jì)的數(shù)值，記錄下來(lái)； (7)仔細(xì)觀察試件混凝土的變化和壓力機(jī)荷載值的變化。當(dāng)粘結(jié)發(fā)生破壞時(shí)，壓力機(jī)會(huì)出現(xiàn)無(wú)法加載的情況，即荷載出現(xiàn)自動(dòng)回落的現(xiàn)象； (8)數(shù)據(jù)處理，得出粘結(jié)滑移量銹蝕率之間的關(guān)系。3.3.2試驗(yàn)結(jié)果與破壞現(xiàn)象1、試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)對(duì)6個(gè)試件進(jìn)行加載，得出試驗(yàn)結(jié)果記錄，見表3-6： 表3-6 粘結(jié)滑移試驗(yàn)結(jié)果記錄表編號(hào)對(duì)應(yīng)銹蝕率加載端位移量S1/mm固定端位移量S2/mm粘結(jié)破壞荷載P/KN兩端滑移差量S/mm101.510.3949.51.1223.62%1.440.3847.51.0235.02%1.320.37460.9249.05%1.220.374

17、2.50.80512.06%1.080.3538.50.73615.08%0.780.34300.44 從表3-6我們可以看出隨著銹蝕率的變化，加載端滑移量、固定端滑移量以及粘結(jié)破壞荷載都呈一定的規(guī)律性變化。為了更形象的顯示這種規(guī)律性，我們用圖分別表示加載端位移量、固定端位移量以及粘結(jié)破壞荷載與工字鋼銹蝕率之間的關(guān)系，如圖3-18圖3-19所示。兩端滑移差量S=加載端位移量S1-固定端位移量S2。 圖3-18 粘結(jié)破壞荷載圖 圖3-19 粘結(jié)滑移退化圖根據(jù)圖3-18、圖3-19，我們可以清晰的看出以下特點(diǎn)：(1) 試件的粘結(jié)破壞荷載（即粘結(jié)強(qiáng)度）隨著銹蝕率的增加而下降，但是下降的趨勢(shì)越來(lái)越小，

18、即曲線越來(lái)越平緩。(2) 加載端與固定端粘結(jié)滑移量隨著銹蝕率的增加而降低，并且下降的趨勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)重，即曲線的下降由緩變陡；除了與銹蝕率之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系外，粘結(jié)破壞荷載與粘結(jié)滑移也存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，為了形象清晰的反應(yīng)這種對(duì)應(yīng)關(guān)系，下面我們將各試件的P-S關(guān)系表及P-S關(guān)系圖列出來(lái)：表3-7 各試件P-S對(duì)應(yīng)關(guān)系表試件1荷載/kN2060100160200260300360400460495滑移/mm00.020.060.150.230.360.460.620.730.951.12試件2荷載/kN2060100160200260300360400440475滑移/mm00.020.050.130.21

19、0.350.450.620.720.881.02試件3荷載/kN2060100160200260300360400440460滑移/mm00.020.050.130.20.320.420.580.70.840.92試件4荷載/kN2060100160200260300360380400425滑移/mm00.020.050.140.20.320.420.590650.720.8試件5荷載/kN2060100160200260300320340360385滑移/mm00.020.060.140.210.340.440.50.550.610.73試件6荷載/kN2060100160180200220

20、240260280300滑移/mm00.020.070.150.180.220.260.30.350.40.45用圖表示，可以得到P-S曲線： 圖3-20 P-S曲線 （注：系列號(hào)對(duì)應(yīng)于試件編號(hào)） 圖3-20中的六條曲線表示了6個(gè)試件粘結(jié)破壞荷載與試件粘結(jié)滑移的關(guān)系，曲線1到曲線6依次銹蝕率增加。從圖3-20我們可以看出，相同荷載時(shí)，隨著銹蝕率的增加，滑移量在減小。銹蝕率越大，這種減小就越明顯。此外，6條曲線都顯示了同一個(gè)規(guī)律，隨著加載的增加，粘結(jié)滑移也增加，而且這個(gè)增加量呈上升態(tài)勢(shì)，也就是說(shuō)，對(duì)于同一個(gè)試件，隨著荷載的增加，每20kN，對(duì)應(yīng)的S越大，直到粘結(jié)突然破壞。2、試驗(yàn)破壞現(xiàn)象粘結(jié)破壞

21、是一個(gè)脆性破壞過(guò)程。在加載過(guò)程中，開始荷載是穩(wěn)步施加，但當(dāng)一個(gè)試件的施加荷載達(dá)到或剛好超過(guò)該試件的粘結(jié)強(qiáng)度時(shí)，壓力機(jī)的荷載讀數(shù)迅速回落，無(wú)法繼續(xù)加載。這說(shuō)明在試件工字鋼與混凝土粘結(jié)發(fā)生破壞的瞬間，工字鋼與混凝土之間僅存在物理摩擦作用，同時(shí)又因?yàn)樵嚰?jīng)過(guò)了銹蝕作用，工字鋼與混凝土之間存在一層銹，摩擦力很小。裂縫形態(tài)：主要是劈裂裂縫。首先從翼緣的兩端頭開始出現(xiàn)裂縫，隨著荷載的增加，迅速有內(nèi)向外擴(kuò)展，貫通至試件表面。此外，由于銹蝕過(guò)程中存在銹脹力作用，銹蝕率較大的試件內(nèi)部本身裂紋，既有缺陷，在荷載增加到一定時(shí)候，試件原先就有的裂紋慢慢發(fā)展，擴(kuò)大，最后形成通縫，甚至剝落。如下圖所。 圖3-21 試驗(yàn)破

22、壞裂縫 圖3-22 劈裂裂縫示意圖3.3.3試驗(yàn)分析工字鋼與混凝土之間良好的粘結(jié)性能是鋼筋與混凝土兩種不同材料共同工作的基本前提。一般認(rèn)為，混凝土與工字鋼的粘結(jié)強(qiáng)度由混凝土中水泥膠體與鋼筋表面的化學(xué)膠著力、工字鋼與混凝土接觸面上的摩擦力兩部分組成。混凝土中的工字鋼發(fā)生銹蝕后，工字鋼與混凝土的界面上生成疏松的銹蝕層，破壞工字鋼表面與水泥膠體之間的化學(xué)膠著力，并降低了工字鋼與混凝土之間的摩擦系數(shù)；銹蝕產(chǎn)物體積膨脹導(dǎo)致保護(hù)層開裂甚至剝落，較低外圍混凝土對(duì)鋼筋的約束，以致削弱甚至破壞工字鋼與混凝土的粘結(jié)錨固作用，最終降低鋼拱架構(gòu)件的承載力和適用性。根據(jù)表3-7和圖3-20，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析可得未銹蝕

23、情況下工字鋼與混凝土之間P-S的關(guān)系為一元二次曲線關(guān)系：S 0 粘結(jié)滑移，單位：mm；P 0 平均粘結(jié)強(qiáng)度，單位：kN；a、b、c為系數(shù)。取三個(gè)點(diǎn)（20，0）、（300，0.46）、（400，0.73）代入上式得到：a = 0.，b = 0.，c = -0. 。得到：將a、b、c代入上式就可以得到未銹蝕條件下平均粘結(jié)強(qiáng)度：P0 = f（S 0）。根據(jù)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)袁迎曙等的研究結(jié)果，我們可以得出銹蝕后平均粘結(jié)強(qiáng)度的表達(dá)式：P 銹蝕后的平均粘結(jié)強(qiáng)度；P0 銹蝕前的平均粘結(jié)強(qiáng)度；K 考慮保護(hù)層、型鋼厚度因素的影響系數(shù)； 銹蝕率。3.4鋼拱架銹蝕條件下的抗彎承載力構(gòu)件試驗(yàn)3.4.1試驗(yàn)原理與步驟1、試

24、驗(yàn)?zāi)康那懊鎯晒?jié)講到了鋼拱架在銹蝕后會(huì)產(chǎn)生銹脹力和粘結(jié)滑移退化現(xiàn)象，導(dǎo)致工字鋼與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度降低，產(chǎn)生內(nèi)部甚至貫通混凝土裂縫，這些細(xì)部的變化最終都會(huì)體現(xiàn)在整體鋼拱架承載力的變化上。為了在宏觀角度體現(xiàn)銹蝕問(wèn)題對(duì)于鋼拱架承載力的影響，我們現(xiàn)在進(jìn)行銹蝕后鋼拱架承載力構(gòu)件試驗(yàn)。此外，我們還可以對(duì)銹蝕后鋼拱架的破壞形態(tài)進(jìn)行觀察，從而為隧道的維修養(yǎng)護(hù)提供依據(jù)。綜述，兩個(gè)目的：(1)銹蝕對(duì)鋼拱架承載力的影響；(2)銹蝕后，鋼拱架破壞形態(tài)的不同。2、試驗(yàn)設(shè)計(jì)鑒于試驗(yàn)試件的大小以及加載的要求，本試驗(yàn)沒(méi)采用I18b工字鋼，而是用I12工字鋼。試件采用長(zhǎng)方體形式，截面為20cm×20cm，長(zhǎng)160c

25、m，如圖3-23。制作試件6個(gè)，不同編號(hào)，其中一個(gè)不通電銹蝕，作為對(duì)照，其余5個(gè)分別通電不同時(shí)間（通電電流控制相同），從而得到不同的銹蝕率。 圖3-23 梁試件3、加載方案試驗(yàn)加載在500t壓力機(jī)上完成，采用簡(jiǎn)支梁抗彎破壞的加載方式，兩端用墊板當(dāng)做簡(jiǎn)支，在梁的中心上表面施加集中荷載，如圖3-24。 圖3-24 加載加載速度控制40kN/min，每20kN為一級(jí)加載，記錄裂縫的發(fā)展、部位以及對(duì)應(yīng)的荷載大小。4、試驗(yàn)步驟(1)試件澆筑，編號(hào)，按標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境養(yǎng)護(hù)；(2)快速電解，控制通電電流為2.5A。一個(gè)試件不電解，其余5個(gè)通電不同試件，得到不同的銹蝕率。每個(gè)試件在電解之前，放入5%NaCl溶液中浸泡

26、7個(gè)小時(shí)，讓溶液浸透混凝土，與工字鋼充分接觸；(3)加載，按照前面的加載方案進(jìn)行加載，注意加載過(guò)程中要觀察梁的裂縫發(fā)展；(4)記錄裂縫產(chǎn)生以及梁破壞是的荷載讀數(shù)；(5)數(shù)據(jù)處理。3.4.2試驗(yàn)結(jié)果與分析1、試驗(yàn)結(jié)果表3-8 銹蝕后梁承載力結(jié)果表編號(hào)銹蝕率/%第一條裂縫部位第一條裂縫荷載/kN最終破壞荷載/kN10距左端80cm下表面379520.52距左端76cm下表面419231.04距左端90cm下表面348741.47距左端69cm下表面428552.21距左端80cm下表面378462.94距左端75cm下表面3380 圖3-25 梁承載力與銹蝕率關(guān)系圖從表3-8和圖3-25，我們可以

27、明確的看出，隨著工字鋼混凝土梁銹蝕率的增加，梁的承載力降低。出現(xiàn)第一條裂縫部位以及荷載與銹蝕率關(guān)系不大，也就是說(shuō)，第一條裂縫的出現(xiàn)與銹蝕情況無(wú)關(guān)，只取決于混凝土的抗拉強(qiáng)度以及保護(hù)層厚度。雖然第一條裂縫的產(chǎn)生與銹蝕情況無(wú)關(guān)，但是之后裂縫的發(fā)展卻與銹蝕情況關(guān)系密切。通過(guò)加載過(guò)程對(duì)裂縫的觀察和記錄，我們得到以下規(guī)律：(1)未銹蝕的梁，破壞時(shí)只有一條裂縫較寬，位于梁加載點(diǎn)的下半部分，隨著加載的進(jìn)行，只是裂縫的變寬變長(zhǎng)，直到破壞。其余的裂縫都是細(xì)小的裂縫。如圖3-26所示： 圖3-26 未銹蝕的梁破壞裂縫(2)銹蝕時(shí)間不長(zhǎng)，即銹蝕率1%的梁，破壞時(shí)沒(méi)有縱向裂紋，梁下半部分有數(shù)條較寬的橫向裂縫，如圖3-2

28、7： 圖3-27 銹蝕率較小的梁破壞時(shí)的裂縫(3)銹蝕時(shí)間較長(zhǎng)，銹蝕率1%的梁，破壞時(shí)的控制裂紋為上半部的縱向裂縫，裂縫出現(xiàn)在工字鋼上表面于混凝土的接觸面，縱向裂縫很寬，長(zhǎng)度很長(zhǎng)，幾乎從加載點(diǎn)延伸到端部。而橫向裂縫卻很細(xì)。因此，1%的梁，用來(lái)判斷破壞的裂縫為縱向裂縫。如圖3-28所示： 圖3-28 銹蝕率較大的梁破壞時(shí)的裂縫2、試驗(yàn)結(jié)果分析銹蝕后的工字鋼混凝土梁出現(xiàn)承載力下降的現(xiàn)象，其原因主要在于銹蝕過(guò)程會(huì)導(dǎo)致工字鋼表層形成一層蓬松的銹蝕物質(zhì)層，破壞了工字鋼與混凝土之間的化學(xué)膠著力，也就破壞了它們之間的粘結(jié)。此外，還銹蝕還會(huì)形成銹脹力，這種力對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的損害作用很大。銹脹力會(huì)使工字鋼與混凝土脫離開來(lái)，二者形成獨(dú)立的受力結(jié)構(gòu)，無(wú)法發(fā)揮工字鋼受拉性能好以及混凝土受壓性能好的互補(bǔ)優(yōu)