鋼筋的力學(xué)性能

鋼筋的力學(xué)性能當(dāng)前第1頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)內(nèi)容簡介鋼筋的低溫性能鋼筋的疲勞斷裂鋼筋的應(yīng)力腐蝕鋼筋的徐變與松弛參考文獻(xiàn)當(dāng)前第2頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)1.1引言：地球上可以利用的土地和資源是有限的。人類為了爭取更大的生存空間,土木工程在將來必將向深海拓寬、向極地進(jìn)軍、向太空邁進(jìn)。極地和太空的一個(gè)共同特點(diǎn)就是環(huán)境溫度低。我國東北地區(qū)的最低溫度紀(jì)錄為-53.4℃,南極地區(qū)的最低溫度記錄為-68.2℃,而月球最低溫度為-183℃。在這種情況下,研究適用于低溫環(huán)境下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有重要的意義。一、鋼筋的低溫性能當(dāng)前第3頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)1.1引言：為了解混凝土結(jié)構(gòu)在低溫下的工作性能,對(duì)其進(jìn)行耐久性評(píng)估、壽命預(yù)測以及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)仿真分析,鋼筋在低溫下的力學(xué)性能是其中基礎(chǔ)而關(guān)鍵的問題之一。碳素鋼或普通低合金鋼筋都是以體心立方晶格的鐵素體為基本結(jié)構(gòu)。這種金屬中的原子，隨著溫度降低，熱運(yùn)動(dòng)減少，反映在力學(xué)性能方面，為強(qiáng)度增高、塑性或韌性降低，脆性性能增加，這種稱為金屬的冷脆性或冷脆傾向。具有冷脆傾向的材料，如材料具有初始缺陷或裂紋時(shí)，容易發(fā)生低溫脆斷。一、鋼筋的低溫性能當(dāng)前第4頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)1.1.1鋼筋的化學(xué)成分：影響鋼筋性能的最主要的元素是碳，除碳外，還有少量的鐵、硅、錳、磷、硫、氧、氮、鈦、釩等元素，雖其含量少，但對(duì)鋼筋的性能影響很大。碳：鋼筋的抗拉強(qiáng)度隨含碳量的增大而提高，碳還可以降低鋼筋的塑形，增加鋼筋的冷脆性和時(shí)效敏感性；當(dāng)含碳量高于0.3%時(shí)，將顯著降低鋼筋的可焊性。硅：當(dāng)鋼筋中硅的含量低于1.0%時(shí)，能顯著提高鋼筋的強(qiáng)度，而對(duì)塑形和韌性沒有明顯的影響。一、鋼筋的低溫性能當(dāng)前第5頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)磷：使鋼筋的冷脆性顯著增加，低溫下的沖擊韌性下降，可焊性降低。氧：降低韌性，促進(jìn)時(shí)效傾向，降低可焊性。氮：使鋼筋的強(qiáng)度提高，塑形和韌性顯著下降，加劇鋼筋的時(shí)效敏感性和冷脆性，降低可焊性。鈦：提高強(qiáng)度和改善韌性，減少時(shí)效傾向，改善可焊性。釩：提高強(qiáng)度，減小時(shí)效敏感性。一、鋼筋的低溫性能當(dāng)前第6頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)1.2鋼筋的沖擊韌性:鋼筋的沖擊韌性與哪些因素有關(guān)？何謂冷脆臨界溫度和時(shí)效敏感性？鋼筋的沖擊韌性與鋼筋的化學(xué)成分，內(nèi)部組織狀態(tài)，以及冶煉、軋制質(zhì)量、加工有關(guān)。沖擊韌性隨溫度的降低而下降，其規(guī)律是開始時(shí)下降平緩，當(dāng)達(dá)到某一溫度范圍時(shí)，突然下降很多而呈脆性，這種現(xiàn)象稱為鋼筋的冷脆性，這時(shí)的溫度為脆性臨界溫度。隨時(shí)間延長而表現(xiàn)出強(qiáng)度提高、塑形和沖擊韌性降低，這種現(xiàn)象稱為時(shí)效。因時(shí)效而導(dǎo)致性能改變的程度稱為時(shí)效敏感性。時(shí)效敏感性愈大的鋼筋，經(jīng)過時(shí)效后其沖擊韌性和塑形的降低顯著。一、鋼筋的低溫性能當(dāng)前第7頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)1.3鋼筋的冷加工：鋼筋冷加工對(duì)力學(xué)性能有何影響？冷加工對(duì)力學(xué)性能有這樣的影響：提高屈服強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度也稍有增長，塑形和韌性降低。經(jīng)冷加工處理的鋼材，不僅力學(xué)性能上有所改變，而且可調(diào)直和清除銹皮，同時(shí)可取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)提高鋼筋屈服強(qiáng)度20%-50%時(shí)，可節(jié)約鋼筋20%-30%。一、鋼筋的低溫性能當(dāng)前第8頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)一、鋼筋的低溫性能1.4抗震鋼筋的低溫脆性：目前鋼材的低溫性能研究主要針對(duì)結(jié)構(gòu)鋼材,如Q235鋼，16MnV鋼,15MnV鋼,16Mnq鋼和14MnNbq鋼等,且主要集中在-60℃以上。研究表明,鋼材的強(qiáng)度隨溫度的降低而升高,塑性和韌性則隨著溫度的降低而降低。對(duì)于國內(nèi)工程中常用的鋼筋,尚缺乏這一方面的研究,且溫度范圍需進(jìn)一步擴(kuò)大。為此,對(duì)三種鋼筋(熱軋帶肋鋼筋HRB335、HRB400和熱軋細(xì)晶粒鋼筋HRBF500)在-180～-80℃環(huán)境下進(jìn)行了低溫拉伸試驗(yàn)。旨在通過試驗(yàn)初步研究超低溫下建筑鋼筋的力學(xué)性能,為進(jìn)一步分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的低溫受力性能做準(zhǔn)備。當(dāng)前第9頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)一、鋼筋的低溫性能一般情況下,發(fā)生地震時(shí)有縱波和橫波,縱波的破壞性不大,造成建筑物倒塌的是橫波。地震波是交變的,且振幅較大時(shí)的頻率為1Hz~3Hz,持續(xù)時(shí)間多在一分鐘以內(nèi)。地震波使鋼筋混凝土開裂處的鋼筋承受極大的交變載荷,在水平方向產(chǎn)生很高的循環(huán)應(yīng)變,其斷裂過程與高應(yīng)變低周疲勞行為極為相似。因此用于抗震結(jié)構(gòu)的鋼筋應(yīng)具有良好的高應(yīng)變低周疲勞性能,避免在地震過程中發(fā)生斷裂。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)鋼在交變地震載荷下的失效模式及其特定的服役條件,一般公認(rèn)的以高應(yīng)變低周疲勞為主的結(jié)構(gòu)材料的相關(guān)抗震性能指標(biāo)有:當(dāng)前第10頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)一、鋼筋的低溫性能(1)高應(yīng)變低周疲勞(2)強(qiáng)度與塑性的配合;(3)應(yīng)變時(shí)效敏感性;(4)低溫脆性;(5)可焊性。由于鋼筋在地震時(shí)主要承受高應(yīng)變低周載荷的沖擊,因此要求抗震鋼筋首先應(yīng)具有抗高應(yīng)變低周疲勞的性能,而良好的韌性以及強(qiáng)韌性的配合是抗高應(yīng)變低周疲勞的基礎(chǔ)。應(yīng)變時(shí)效敏感性是衡量鋼筋抗震性能的一個(gè)重要指標(biāo),熱軋鋼筋應(yīng)變后經(jīng)過一段時(shí)間的放置,因時(shí)效作用導(dǎo)致鋼筋性能發(fā)生變化,強(qiáng)度升高,韌性降低,隨著韌性的降低其對(duì)地震能的吸收減少,抗震能力減弱,因此希望鋼筋具有較低的應(yīng)變時(shí)效敏感性。當(dāng)前第11頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)一、鋼筋的低溫性能PS:高循環(huán)疲勞（HCF，高周疲勞）。作用于零件、構(gòu)件的應(yīng)力水平較低，破壞循環(huán)次數(shù)一般高于10^4的疲勞，彈簧、傳動(dòng)軸等的疲勞屬此類。低循環(huán)疲勞（LCF，低周疲勞）。作用于零件、構(gòu)件的應(yīng)力水平較高，破壞循環(huán)次數(shù)一般低于10^3～10^4的疲勞，如壓力容器、燃?xì)廨啓C(jī)零件等的疲勞。當(dāng)前第12頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)一、鋼筋的低溫性能

由于我國地震區(qū)分布廣、南北溫差大,北方溫度可在零下40攝氏度以下,因此北方地震區(qū)應(yīng)使用具有良好抗低溫脆性的鋼筋。目前,我國不分溫度差別對(duì)鋼筋的影響,一律使用同樣牌號(hào)的鋼筋,忽略了鋼筋低溫脆斷的隱患。鋼筋的焊接處是抗震的薄弱環(huán)節(jié),應(yīng)保證鋼筋焊接接頭也具有良好的抗震性能。

PS:鋼筋冷加工處理后可以提高屈服強(qiáng)度，但是這是以犧牲塑形，增加脆性為代價(jià)的，會(huì)使其焊接性能變差，對(duì)結(jié)構(gòu)不安全，所以要焊接后再冷拉。當(dāng)前第13頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)一、鋼筋的低溫性能1.5總結(jié)（影響鋼筋低溫力學(xué)性能的因素）1、化學(xué)成分的影響：降低碳、硅，增加錳、釩、鈦，改善韌性2、冷拉的影響：冷拉或冷拉經(jīng)時(shí)效，增加冷脆傾向。3、焊接影響：熱影響區(qū)發(fā)生脆斷。4、工藝缺陷的影響：表面缺陷有應(yīng)力集中，增加冷脆傾向。當(dāng)前第14頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)許多鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，除了承受靜載作用外，還經(jīng)常承受動(dòng)載作用。結(jié)構(gòu)材料在重復(fù)荷載作用下，將會(huì)發(fā)生低于靜載強(qiáng)度的脆性破壞，即疲勞破壞。因此對(duì)于此類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度問題?；炷两Y(jié)構(gòu)的疲勞性能與其構(gòu)成材料（混凝土、普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋）以及他們之間粘結(jié)性能密切相關(guān)。因此對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞問題研究，必須首先了解其構(gòu)成材料的疲勞性能。2.1.1研究背景二、鋼筋的疲勞斷裂當(dāng)前第15頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)

由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采用了極限強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法和高強(qiáng)鋼筋材料，鋼筋混凝土的疲勞日益受到人們的重視。對(duì)于承受重復(fù)荷載的吊車梁、橋面板、軌枕、路面和海洋結(jié)構(gòu)，要求在承載重復(fù)荷載下以及在高應(yīng)力條件下能良好地工作。隨著結(jié)構(gòu)分析方法越來越精確，要求對(duì)混凝土的力學(xué)性能（包括疲勞性能）的了解也越來越多。這些都使得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞日益成為不可忽視的關(guān)鍵問題。2.1.2研究意義二、鋼筋的疲勞斷裂當(dāng)前第16頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)二、鋼筋的疲勞斷裂

鋼筋的疲勞斷裂是在外力作用下，由于鋼筋內(nèi)部的缺陷造成的，如：夾有雜質(zhì)使本身不均勻或鋼筋外表面的變形突變或缺陷；又如：刀痕、銹蝕或脫碳層等。2.2.1疲勞斷裂的定義2.2.2疲勞斷裂的過程

（1）疲勞裂紋形成。鋼鐵在冶煉、軋制和加工過程中可能在內(nèi)部和表面出現(xiàn)一些缺陷，如雜質(zhì)、縫隙、刻痕和銹蝕斑等。荷載作用下，這些缺陷附近和表面橫肋的凹角處產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力過高，使鋼筋晶?；?，就形成了初始裂紋。2.2鋼筋疲勞斷裂的作用機(jī)理當(dāng)前第17頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)二、鋼筋的疲勞斷裂（2）疲勞裂紋擴(kuò)展。應(yīng)力重復(fù)次數(shù)的增加，裂紋逐漸擴(kuò)展，損傷積累，減小了有效截面面積，鋼筋截面上的裂紋面因?yàn)橹貜?fù)加卸載產(chǎn)生的變形增大和恢復(fù)，使之摩擦光滑而色暗。（3）當(dāng)鋼筋的剩余有效面積不再能承受既定的荷載（拉力）時(shí)，試件突然脆性斷裂。斷裂面上部分面積色澤新亮，呈粗糙的晶粒狀。當(dāng)前第18頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)二、鋼筋的疲勞斷裂

1、直接進(jìn)行單根原狀鋼筋軸拉試驗(yàn)；2、將鋼筋埋入混凝土中使其重復(fù)受拉或受彎的試驗(yàn)。我國采用直接做單根鋼筋軸拉試驗(yàn)的方法?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定了不同等級(jí)鋼筋的疲勞應(yīng)力幅度限值，并規(guī)定該值與截面同一纖維上鋼筋最小應(yīng)力與最大應(yīng)力比值有關(guān)。2.2.3鋼筋的疲勞試驗(yàn)方法

當(dāng)前第19頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)二、鋼筋的疲勞斷裂2.2.4鋼筋疲勞斷裂的影響因素

1）應(yīng)力幅值(反比）：應(yīng)力幅值為一次循環(huán)應(yīng)力中最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之差。鋼筋壓應(yīng)力的循環(huán)一般不會(huì)發(fā)生疲勞破壞，而在拉應(yīng)力循環(huán)或拉壓應(yīng)力循環(huán)才會(huì)發(fā)生疲勞破壞；其他影響因素均不變，在有限疲勞壽命區(qū)域應(yīng)力值幅度與循環(huán)次數(shù)成斜線關(guān)系，在長壽命區(qū)域應(yīng)力值幅度的影響很小，形成logN的平等線。2）最小應(yīng)力值大?。涸黾恿俗钚?yīng)力值，在有限疲勞壽命區(qū)域和長壽命區(qū)都降低了鋼筋的疲勞強(qiáng)度。但當(dāng)最小應(yīng)力值為壓應(yīng)力時(shí)，可增加疲勞強(qiáng)度。當(dāng)前第20頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)二、鋼筋的疲勞斷裂3）鋼筋外表面幾何尺寸：變形鋼筋能增強(qiáng)鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力，但在循環(huán)荷載作用下，在鼓出的肋與鋼筋表面交接處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，這是產(chǎn)生鋼筋疲勞裂縫的一個(gè)很重要原因。4）鋼筋直徑：隨著鋼筋直徑的增大，降低了鋼筋的疲勞強(qiáng)度。5）鋼筋強(qiáng)度：在有限疲勞壽命區(qū)，隨著鋼筋強(qiáng)度等級(jí)的增加，增加了鋼筋的疲勞強(qiáng)度。當(dāng)前第21頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)二、鋼筋的疲勞斷裂

鋼筋的疲勞S-N曲線方程式在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中的表達(dá)式如下：logN=A+mlog△σ±C式中：N-疲勞失效時(shí)的循環(huán)次數(shù)；△σ-外加應(yīng)力幅（Mpa）；A-S-N曲線的截距；m-曲線的斜率；C-循環(huán)次數(shù)的統(tǒng)計(jì)偏差；C=K·mN√1-r2；mN-循環(huán)次數(shù)的對(duì)數(shù)均方差；r-相關(guān)系數(shù)，應(yīng)為負(fù)數(shù)；K-均值線下標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)目。

鋼筋的疲勞S-N曲線示意圖

鋼筋的疲勞S-N曲線當(dāng)前第22頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)二、鋼筋的疲勞斷裂

鐵科院鐵建所做了18根直徑為20mm、屈服強(qiáng)度為257Mpa的Q235光圓鋼筋的疲勞試驗(yàn)；長沙鐵道學(xué)院從東北拆卸下來的混凝土梁上鑿取出直徑為20mm的銹蝕程度各不相同的光圓鋼筋，結(jié)果如下表所示：2.3.1光圓鋼筋的疲勞S-N曲線

光圓鋼筋的疲勞S-N曲線當(dāng)前第23頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)二、鋼筋的疲勞斷裂

光圓鋼筋疲勞S-N曲線比較

從上表可以看出，①的試驗(yàn)結(jié)果值最大，③次之，②最小。如果將107次時(shí)的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)，光圓鋼筋在混凝土中的疲勞強(qiáng)度比在空氣中減小約14.5%。銹蝕對(duì)鋼筋的疲勞強(qiáng)度的影響則更大，銹蝕鋼筋在107次時(shí)的疲勞強(qiáng)度比沒有銹蝕的減少約39.7%。當(dāng)前第24頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)二、鋼筋的疲勞斷裂

變形鋼筋在空氣中的軸力疲勞試驗(yàn)，斷裂常發(fā)生于鋼筋的最大缺陷處，而在混凝土中的彎曲疲勞試驗(yàn)，斷裂則常發(fā)生在混凝土區(qū)鋼筋橫肋與其相交的根部。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較可知變形鋼筋在空氣中和埋在混凝土中的疲勞強(qiáng)度是一樣的。變形鋼筋疲勞裂紋起始于鋼筋表面變形的根部，而如果鋼筋表面腐蝕或銹蝕坑處的應(yīng)力集中大于凸肋根部的應(yīng)力集中，那么疲勞裂紋就起始于該腐蝕或銹蝕坑處，因此可知，腐蝕或銹蝕對(duì)鋼筋的疲勞強(qiáng)度有影響。2.3.2變形鋼筋的疲勞S-N曲線

當(dāng)前第25頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)二、鋼筋的疲勞斷裂

防護(hù)疲勞斷裂設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1、正確選用鋼材，使之具有足夠的韌性；2、盡量減少初始裂紋的尺寸；3、緩和應(yīng)力集中，減小應(yīng)力值。2.4鋼筋疲勞斷裂防護(hù)措施

當(dāng)前第26頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)三、鋼筋的應(yīng)力腐蝕3.1鋼筋的應(yīng)力腐蝕性能分析：預(yù)應(yīng)力鋼筋隨著鋼筋強(qiáng)度的提高，塑性、韌性有所下降，在腐蝕介質(zhì)的作用下，對(duì)腐蝕的敏感性會(huì)大大加強(qiáng)。3.1.1應(yīng)力腐蝕的原因：(1)鋼筋在潮濕的空氣中或在有侵蝕的介質(zhì)中，由于電化學(xué)引起鋼材腐蝕，使鋼筋表面形成大小不等彌散分布的腐蝕坑。(2)氫脆斷。應(yīng)力腐蝕可以看成是電化學(xué)腐蝕和力學(xué)的復(fù)合作用下導(dǎo)致斷裂的過程。當(dāng)前第27頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)2023/6/15三、鋼筋的應(yīng)力腐蝕3.1.2應(yīng)力腐蝕發(fā)生的條件：(1)要有一定的腐蝕介質(zhì)(2)要有一定的荷載(3)在一定的材質(zhì)條件下首先是拉應(yīng)力造成的應(yīng)變破壞了材料表面的純化膜，新鮮表面與介質(zhì)接觸發(fā)生電化學(xué)腐蝕，形成腐蝕坑，產(chǎn)生了裂紋源。在源處出現(xiàn)三向拉應(yīng)力集中地區(qū)，介質(zhì)中電化學(xué)反應(yīng)形成的有害元素（如氫）可吸附在材料表面，擴(kuò)散到三向應(yīng)力區(qū)，造成裂紋尖端部位材料性能的脆化，形成裂紋擴(kuò)展，最后導(dǎo)致斷裂。當(dāng)前第28頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)2023/6/15三、鋼筋的應(yīng)力腐蝕3.1.3預(yù)應(yīng)力鋼筋腐蝕的特殊性：與普通鋼筋相比，預(yù)應(yīng)力鋼筋的腐蝕具有明顯的特殊性：在正常工作狀態(tài)下，普通鋼筋處于低應(yīng)力狀態(tài)，其對(duì)腐蝕的影響很??；而預(yù)應(yīng)力鋼筋則處于高應(yīng)力狀態(tài)，高應(yīng)力狀態(tài)往往又能提高鋼筋的腐蝕活性，提高腐蝕速率，并可能與腐蝕耦合形成“應(yīng)力腐蝕”或“腐蝕疲勞”這樣的脆性腐蝕破壞問題。當(dāng)前第29頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)三、鋼筋的應(yīng)力腐蝕3.2斷裂力學(xué)對(duì)應(yīng)力腐蝕的分析：斷裂力學(xué)是采用應(yīng)力和介質(zhì)共同作用下發(fā)生斷裂的延遲時(shí)間，來判斷材料應(yīng)力腐蝕敏感性影響的一門學(xué)科。用表面近于無缺陷的光滑試樣，來測定應(yīng)力腐蝕斷裂時(shí)間。試驗(yàn)表明，裂紋擴(kuò)展速率主要取決于裂紋頂端的應(yīng)力強(qiáng)度因子K，在應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)中,裂紋擴(kuò)展特性同樣也存在一限制，即達(dá)到應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子K（即臨界的裂紋擴(kuò)展力）時(shí)，裂紋即停止擴(kuò)展。當(dāng)前第30頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)三、鋼筋的應(yīng)力腐蝕3.3鋼筋應(yīng)力取值對(duì)應(yīng)力腐蝕性能的影響：鋼筋強(qiáng)度和預(yù)應(yīng)力值對(duì)應(yīng)力腐蝕性能有一定的影響。如圖所示：當(dāng)前第31頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)三、鋼筋的應(yīng)力腐蝕從圖中表明應(yīng)力腐蝕的敏感性隨鋼筋強(qiáng)度和應(yīng)力張拉值的提高而增加。所以即使強(qiáng)度高的鋼筋，使用應(yīng)力亦不能控制得太高。相反，抗拉強(qiáng)度適當(dāng)降低，對(duì)抗應(yīng)力腐蝕性能有顯著改善。當(dāng)前第32頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)三、鋼筋的應(yīng)力腐蝕3.4預(yù)應(yīng)力鋼筋的腐蝕問題：3.4.1預(yù)應(yīng)力鋼筋腐蝕問題的研究現(xiàn)狀：預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日益廣泛，但預(yù)應(yīng)力鋼筋的腐蝕問題也日益嚴(yán)重，從而影響重大土木工程結(jié)構(gòu)的安全使用。腐蝕會(huì)對(duì)鋼筋的性能產(chǎn)生影響，主要是以下3個(gè)：①腐蝕造成鋼筋平均截面積的減??；②不均勻腐蝕形成的腐蝕坑處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中；③由于鋼筋內(nèi)應(yīng)力的存在，腐蝕將會(huì)改變其內(nèi)部的晶格結(jié)構(gòu)，從而使鋼筋性能發(fā)生變化．一般腐蝕過程可能是這3個(gè)因素中的某一個(gè)或某兩個(gè)因素起作用，也可能是這3個(gè)因素共同作用的結(jié)果。當(dāng)前第33頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)三、鋼筋的應(yīng)力腐蝕3.4.2預(yù)應(yīng)力鋼筋腐蝕問題的防護(hù)措施：(1)防止鋼筋腐蝕的措施是不可忽視的，尤其是張拉與灌漿之間的時(shí)間相隔很長，并受到惡劣氣候的影響的時(shí)候。因此，規(guī)范要求采用耐應(yīng)力腐蝕性能好的預(yù)應(yīng)力鋼筋。當(dāng)鋼筋周圍侵蝕性很嚴(yán)重時(shí)，一般可采取加覆蓋層(有機(jī)物或金屬)，或者采用陰極保護(hù)措施進(jìn)行保護(hù)。電鍍層(鍍鋅)就具有這兩種類型的保護(hù)作用。(2)預(yù)應(yīng)力鋼筋在使用期間產(chǎn)生破壞的主要原因是設(shè)計(jì)誤差。(3)如果施加預(yù)應(yīng)力的混凝土有足夠的強(qiáng)度，則其質(zhì)量本身就足以保護(hù)鋼筋。強(qiáng)度不夠的混凝土必定是不均勻或者有孔隙的混凝土，不利于鋼筋保護(hù)。當(dāng)前第34頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)三、鋼筋的應(yīng)力腐蝕此外，在施加預(yù)應(yīng)力時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)一些施工差錯(cuò)，這對(duì)鋼筋的保護(hù)是有害的，尤其是鋼筋端部完全或者部分沒有灌注混凝上，或者存在封閉缺隙等。因此，無論是在設(shè)計(jì)、施工還是在完工后的使用中，都必須對(duì)上述措施加以重視，并采取相應(yīng)的對(duì)策。當(dāng)前第35頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)四、鋼筋的徐變和松弛4.1徐變和松弛的定義鋼筋徐變：

在高應(yīng)力作用下，鋼筋受力后，隨時(shí)間增長應(yīng)變繼續(xù)增加。鋼筋松弛：鋼筋受力后，長度保持固定不變，鋼筋中應(yīng)力隨時(shí)間增長而降低的現(xiàn)象稱之為松弛。

在金屬的徐變和松弛的情況下，存在著明顯的塑性變形過程的現(xiàn)象的局限性。這是由于金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不夠完善。就是說金屬內(nèi)部存在斷縫結(jié)構(gòu)，它的移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)引起著塑性變形。應(yīng)力松弛現(xiàn)象基本是由于剪切斷縫和擴(kuò)散斷縫的過程的結(jié)果。當(dāng)前第36頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)2023/6/15四、鋼筋的徐變和松弛圖中曲線（Ⅰ）瞬時(shí)鋼筋應(yīng)力應(yīng)變曲線，曲線（Ⅱ）為鋼筋假定經(jīng)過無限長的時(shí)間后的應(yīng)力應(yīng)變曲線，（t）為經(jīng)過任意(t)時(shí)間后的應(yīng)力應(yīng)變曲線。即為鋼筋最終的徐變值。為鋼筋初始應(yīng)力為T的最終松弛值，徐變和松弛的關(guān)系近似按式，4.2徐變與松弛的關(guān)系當(dāng)前第37頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)2023/6/15四、鋼筋的徐變和松弛4.2徐變與松弛的關(guān)系當(dāng)前第38頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)四、鋼筋的徐變和松弛

4.3影響鋼筋松弛的因素由于鋼筋的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉后的長度基本保持不變，鋼筋中的應(yīng)力處于松弛狀態(tài)，影響鋼筋松弛的

主要因素：1、鋼筋的松弛隨時(shí)間而增長，松弛率逐漸下降；

2、鋼筋松弛且與初始應(yīng)力大小有關(guān)，張拉控制應(yīng)力值低時(shí)應(yīng)力損失值越小，相反就越大；

3、松弛值與鋼筋的種類有關(guān)，一般的冷拉熱軋鋼筋松弛損失較冷拔低碳鋼絲，碳素鋼絲和鋼絞線的低，鋼絞線的應(yīng)力松弛較用同樣材料鋼絲的松弛都大；

4、鋼筋松弛隨著溫度的增加而增加；

5、鋼筋松弛和鋼材種類、張拉方法（一次張拉以及超荷張拉）、控制應(yīng)力值、時(shí)效與不時(shí)效有關(guān)。

當(dāng)前第39頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)四、鋼筋的徐變和松弛4.4應(yīng)力控制、張拉方法以及時(shí)效性對(duì)松弛的影響當(dāng)前第40頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)四、鋼筋的徐變和松弛當(dāng)前第41頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)四、鋼筋的徐變和松弛當(dāng)前第42頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)四、鋼筋的徐變和松弛

由上述可見：

1、不同控制應(yīng)力值對(duì)應(yīng)力松弛損失是有影響的，控制應(yīng)力高則應(yīng)力松弛損失大。

2、超荷張拉，一般可減少應(yīng)力松弛損失。

3、鋼筋直徑對(duì)應(yīng)力松弛損失的影響不明顯。

4、冷拉鋼筋采取同一張拉方法，經(jīng)時(shí)效與不時(shí)效的應(yīng)力松弛損失相差不明顯。

5、鋼筋的松弛在開始階段發(fā)展很快。一次張拉試驗(yàn)第一小時(shí)完成50％左右，24小時(shí)內(nèi)完成80.96%左右，超荷張拉試驗(yàn)第一小時(shí)完成40％左右，24小時(shí)內(nèi)完成60％左右。從持續(xù)1000小時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果來看，90％以上的應(yīng)力松弛損失發(fā)生在15天以內(nèi)，15天后松弛發(fā)展很少。當(dāng)前第43頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)四、鋼筋的徐變和松弛4.5減少松弛損失的措施

1、超荷張拉法

2、預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢立即灌漿法

3、補(bǔ)拉法（再次張拉法）

4、綜合法

5、電熱—機(jī)械張拉法

6、鋼筋熱處理當(dāng)前第44頁\共有47頁\編于星期三\12點(diǎn)參考文獻(xiàn)[1]翟盤茂,任福民.中國近四十年最高最低溫度變化[J].氣象學(xué)報(bào),1997,55(4):418-429.[2]陳錦年,褚健婷,許蘭英.南極氣候和海冰的時(shí)空變化特征及其與太平洋海溫場的關(guān)系[J].海洋學(xué)報(bào),2003,25(6):39-47.[3]李雄耀,王世杰,程安云.月球表面溫度物理模型研究現(xiàn)狀[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2007,22(5):480-485.[4]王元清,武延民,石永久.低溫對(duì)結(jié)構(gòu)鋼材主要力學(xué)性能影響的試驗(yàn)研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2005,2(1):1-4.[5]WhiteleyJD,ArmstrongBM,WelburnRW.Reinforcingandprestressingsteelsforcryogenicapplications[C