[发明专利]老化钢筋混凝土梁桥抗剪承载力评价方法

说明书

本发明公开的老化钢筋混凝土梁桥抗剪承载力评价方法，基于Fick第二扩散定律得到混凝土内钢筋的锈蚀初始时间，考虑锈蚀钢筋截面积减小和钢筋屈服强度的降低，得到剪切斜裂缝处钢筋的作用力；由平截面假定得到梁顶荷载作用位置处的压应变；根据梁剪压区段受力平衡方程，建立临界斜裂缝顶端混凝土受压区高度计算公式，通过对受压区高度积分，得到未开裂混凝土截面水平作用力大小，由力矩关系确定其作用位置；基于极限抗剪平衡理论，由梁剪压区段隔离体单元平衡关系，提出老化钢筋混凝土梁桥的抗剪承载力计算方法。本发明预测方法合理，推广性强，可为服役混凝土梁桥的安全评估提供技术支持。

技术领域

本发明涉及服役桥梁安全评估领域，特别涉及一种老化钢筋混凝土梁桥抗剪承载力评价方法。

背景技术

锈蚀会减小钢筋截面积和钢筋强度，锈蚀产物体积增大产生的膨胀力会导致混凝土锈胀开裂，降低钢筋与混凝土间的粘结性，导致结构承载力退化。现有对钢筋锈蚀影响的研究多集中在结构抗弯性能方面，在抗剪性能方面的研究相对较少。由于受剪钢筋处于钢筋骨架的最外层，更易发生锈蚀；同时，与受弯钢筋相比，受剪钢筋的直径相对较小，因此，锈蚀率相对较高。随锈蚀水平的增长，钢筋混凝土梁的破坏形式可能从正截面弯曲破坏转为斜截面剪切破坏，受剪破坏为脆性破坏，其后果比抗弯破坏更为严重。钢筋混凝土结构抗剪机理复杂，影响因素多，目前尚无普适的抗剪理论计算分析方法，现行设计规范对有腹筋梁抗剪承载力的计算仍采用半经验半理论模型。

针对上述技术问题，一些学者通过试验研究了锈蚀钢筋混凝土结构的抗剪性能退化规律，提出了相应的计算方法，但主要针对无腹筋或仅箍筋锈蚀梁。我国早期修建的一些钢筋混凝土梁桥中配有斜筋，亟需开展老化钢筋混凝土梁桥的抗剪承载力统一计算方法，进而提出该类桥梁的安全性评价方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种老化钢筋混凝土梁桥抗剪承载力评价方法，有效解决上述技术问题。

为有效解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

老化钢筋混凝土梁桥抗剪承载力评价方法，该方法包括以下步骤：

(1)基于Fick第二扩散定律，计算混凝土内钢筋表面氯离子浓度达到临界氯离子浓度的时间，确定钢筋锈蚀初始时间，结合锈蚀后钢筋截面积减小和屈服强度的降低，计算锈蚀钢筋强度；

(2)根据剪压区段受力平衡方程，由混凝土受压的应力-应变关系，获得临界斜裂缝顶端混凝土受压区高度，通过对受压区高度积分，得到未开裂混凝土截面水平作用力，由力矩关系确定其作用位置；

(3)对剪压区段隔离体进行受力分析，由斜裂缝上、下侧混凝土隔离体单元力矩平衡方程，得到老化钢筋混凝土梁桥的抗剪承载力计算公式。

特别的，所述步骤(1)还包括以下步骤：

(1-1)基于Fick第二扩散定律，将钢筋表面氯离子浓度达到临界氯离子浓度的时间作为锈蚀初始时间，锈蚀初始时间表示为：

/

式中，T_i为钢筋锈蚀初始时间；D_c为扩散系数；C₀为混凝土表面氯离子浓度；erf为误差函数；X为保护层厚度；C_cr为临界氯离子浓度；

经t年后，钢筋混凝土梁中钢筋直径D(t)为：

D(t)＝D₀-0.0232(t-T_i)i_corr(t) (2)

式中，D₀为钢筋初始直径；i_corr(t)为锈蚀电流密度；

锈蚀钢筋的平均截面积A(t)可表示为：

A(t)＝πD²(t)/4 (3)