氯鹽環(huán)境下鋼筋連接件受拉破壞特性研究

李迎珠，張 勤，李文杰，楊翹楚，李 佳，貢金鑫

(1.河海大學(xué) 土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210024；2.中國(guó)交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100088；3.大連理工大學(xué) 建設(shè)工程學(xué)部，遼寧 大連 116024)

鋼筋連接件是保證混凝土結(jié)構(gòu)整體性的重要構(gòu)件，其受力性能直接關(guān)系著結(jié)構(gòu)的安全性.隨著裝配式建筑在國(guó)內(nèi)的大力發(fā)展，裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接件尤其是灌漿套筒鋼筋連接件的連接性能成為研究熱點(diǎn)[1-3].我國(guó)《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GBT 51231—2016)[4]給出常用的鋼筋連接方式主要有綁扎連接、焊接連接、機(jī)械連接(包括灌漿套筒連接)等幾類.針對(duì)不同類型鋼筋連接件的受力性能，目前已有學(xué)者就此開(kāi)展了相關(guān)研究.如采用綁扎連接施工方便，但由于搭接重疊長(zhǎng)度較長(zhǎng)，對(duì)鋼筋直徑有所限制，且鋼筋重疊部分用量不經(jīng)濟(jì)[5].焊接連接雖受力性能良好但其連接可靠性受實(shí)際工況的影響易不穩(wěn)定，Sun和Feng[6]的研究表明，可靠的焊接件通常不存在力學(xué)和變形方面的缺陷；但也有研究[7]認(rèn)為焊接產(chǎn)生的熱影響區(qū)、殘余應(yīng)力及焊縫缺陷可能會(huì)引起鋼筋發(fā)生脆性破壞.機(jī)械連接的連接質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，黃遠(yuǎn)等[8]通過(guò)靜力拉伸試驗(yàn)研究了鋼筋半灌漿套筒連接試件的力學(xué)性能，提出了防止試件發(fā)生鋼筋刮犁式拔出和套筒滑絲破壞的設(shè)計(jì)方法.鄭清林等[9]和Wu等[10]則分別探討了整體裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件中灌漿套筒鋼筋連接件的力學(xué)性能與灌漿齡期、鋼筋類型及灌漿缺陷等因素之間的關(guān)系.盡管上述研究對(duì)鋼筋連接件的連接特性、影響因素及其適用性等方面進(jìn)行了分析，但研究中尚未考慮鋼筋連接件所處的不利環(huán)境影響.事實(shí)上，現(xiàn)實(shí)環(huán)境中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中會(huì)受到不同程度的腐蝕，這使得鋼筋連接區(qū)受力性能發(fā)生退化并成為整個(gè)結(jié)構(gòu)的薄弱區(qū)，進(jìn)而對(duì)結(jié)構(gòu)整體的安全性產(chǎn)生不利影響.因此，研究鋼筋連接件在腐蝕環(huán)境下的力學(xué)性能劣化問(wèn)題具有重要意義.

當(dāng)前腐蝕環(huán)境下銹蝕鋼筋連接件受力性能劣化問(wèn)題已引起了一些學(xué)者關(guān)注.徐港等[11]采用快速電化學(xué)腐蝕的方法對(duì)腐蝕環(huán)境下的鋼筋搭接連接性能展開(kāi)研究，結(jié)果表明腐蝕后的搭接承載力顯著退化.Apostolopoulos等[12]和Tang等[13]對(duì)腐蝕后的焊接接頭性能展開(kāi)研究，發(fā)現(xiàn)接頭的受力性能和延伸性能均隨著腐蝕率的增加而退化，并認(rèn)為焊接接頭受力性能下降可能與焊縫處產(chǎn)生的應(yīng)力集中相關(guān).Yosuke A[14]等研究了氯離子濃度和預(yù)應(yīng)力對(duì)灌漿預(yù)應(yīng)力鋼筋腐蝕的影響，評(píng)價(jià)了預(yù)應(yīng)力鋼在預(yù)應(yīng)力作用下的腐蝕行為并給出了預(yù)應(yīng)力作用下氯化物腐蝕的閾值.李佳等[5]對(duì)氯鹽腐蝕工況下不同鋼筋連接件的拉伸破壞形態(tài)及抗拉強(qiáng)度進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明鋼筋連接區(qū)的破壞形態(tài)與鋼筋連接方式及腐蝕程度關(guān)系密切.上述研究從不同角度對(duì)氯鹽腐蝕環(huán)境下各種鋼筋連接件的連接特性進(jìn)行了研究討論，但總體來(lái)看系統(tǒng)性和深入性仍有待進(jìn)一步提高.

為深入研究討論銹蝕鋼筋連接件的力學(xué)性能，本文重點(diǎn)對(duì)雙面電弧焊、冷擠壓套筒、鐓粗直螺紋套筒和灌漿套筒四種不同的鋼筋連接件在不同腐蝕程度下不同直徑時(shí)的破壞形態(tài)和受拉性能進(jìn)行了研究，為氯鹽腐蝕環(huán)境下鋼筋連接件的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供參考.

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)

綜合考慮不同連接方式、鋼筋直徑以及腐蝕程度的影響，共設(shè)計(jì)了54組不同工況連接件試件，每組數(shù)量為3，共162根.鋼筋連接件試件分別按《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》(JGJ18—2012)[15]和《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》(JGJ107—2016)[16]加工制作.各鋼筋連接件直徑及腐蝕量工況詳情見(jiàn)表1.其中，A、B、C和D依次對(duì)應(yīng)雙面電弧焊、冷擠壓套筒、鐓粗直螺紋套筒和灌漿套筒4種連接方式，16、20和25分別對(duì)應(yīng)鋼筋直徑為16、20和25 mm，0、5、10、15和20分別對(duì)應(yīng)理論腐蝕率為0%、5%、10%、15%和20%.

表1 試件設(shè)計(jì)參數(shù)

在試件進(jìn)行加載前應(yīng)磨掉涂裹的環(huán)氧樹(shù)脂，避免試件在拉伸過(guò)程中因夾持端的松動(dòng)發(fā)生位移，影響試驗(yàn)結(jié)果.此外為了方便量測(cè)拉伸試件的斷后伸長(zhǎng)率，可以在鋼筋連接區(qū)域外的兩側(cè)每隔10 cm標(biāo)記一段，如圖1所示.

圖1 試件量測(cè)標(biāo)距示意圖

1.2 材料性能

試驗(yàn)選擇HRB400螺紋鋼筋，其力學(xué)性能如表2所示.本試驗(yàn)設(shè)計(jì)中雙面電弧焊試件的焊縫處材料與鋼筋母材一致，焊接長(zhǎng)度統(tǒng)一為200 mm，所使用的冷擠壓套筒、鐓粗直螺紋套筒和灌漿套筒試件均滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn).表3給出了各鋼筋連接件套筒的具體力學(xué)性能.

表2 HRB400鋼筋機(jī)械性能

表3 各鋼筋試件連接區(qū)套筒機(jī)械性能

1.3 試件腐蝕及加載

采用電化學(xué)方法對(duì)鋼筋連接件進(jìn)行加速腐蝕試驗(yàn)，相關(guān)試驗(yàn)原理及實(shí)施過(guò)程參見(jiàn)文獻(xiàn)[5].為了更接近自然環(huán)境下的鋼筋腐蝕，本文中電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)中采用的電流密度為0.02 mA/cm2，通電時(shí)間，通電時(shí)間由直徑、理論腐蝕率等變量根據(jù)法拉第定律得出[17].試驗(yàn)前應(yīng)采用丙酮清洗試件，通電腐蝕開(kāi)始后，每隔48小時(shí)進(jìn)行一次人工除銹，防止浮銹產(chǎn)物影響腐蝕進(jìn)程.電化學(xué)腐蝕完成后，將試件用濃度10%的鹽酸溶液清洗、除銹、烘干，稱重并記錄腐蝕前后的試件質(zhì)量，計(jì)算出質(zhì)量損失率，本文所采用的理論腐蝕程度和試驗(yàn)所得實(shí)際腐蝕程度均根據(jù)鋼筋連接件受腐蝕前后的質(zhì)量損失率計(jì)算所得.

試件腐蝕后，采用1 000 kN電液伺服萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，如圖2所示，加載按位移控制，加載速率為1.0 mm/min.試件發(fā)生拉伸破壞后，拉伸試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)停止加載并存儲(chǔ)荷載、位移等數(shù)據(jù).需要注意的是，安裝試件時(shí)，應(yīng)保持試驗(yàn)裝置上下載荷端的頂板與試件端部距離為1 cm，保證試件的安裝牢固.

圖2 拉伸試驗(yàn)裝置

圖3 鋼筋連接件酸洗后形態(tài)

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象及拉伸破壞特征

2.1.1 電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)現(xiàn)象

電化學(xué)腐蝕結(jié)束后，連接件腐蝕區(qū)銹跡特征明顯，表面附著厚厚的暗灰色、形態(tài)疏松的銹蝕物(主要成分為未完全氧化的Fe3O4)，鹽酸清洗至試件表面光潔后，腐蝕區(qū)域的鋼筋均變細(xì)，且腐蝕程度越大，鋼筋表面銹坑分布越不均勻，銹蝕產(chǎn)物堆積越厚.不同種類的鋼筋連接件在腐蝕條件下的銹蝕損傷程度有所不同.雙面電弧焊試件腐蝕后，其連接區(qū)外觀上無(wú)明顯殘缺；冷擠壓套筒與鐓粗直螺紋連接件的銹蝕量隨腐蝕時(shí)間增加而不斷增大，其套筒外壁破損也逐漸明顯，并且鐓粗直螺紋試件受腐蝕最為嚴(yán)重，當(dāng)理論腐蝕率達(dá)到20%時(shí)其外表面積銹損接近1/2，銹損嚴(yán)重部位可直接看到內(nèi)部紋路，連接區(qū)兩端鋼筋明顯變細(xì)；而由于灌漿料的絕緣作用，灌漿套筒試件套筒兩側(cè)銹蝕區(qū)鋼筋表面并未出現(xiàn)銹蝕物，銹蝕物僅分布在套筒區(qū)域，酸洗后可觀察到隨腐蝕程度增大，連接區(qū)外壁坑蝕變長(zhǎng)變深，銹坑位置及形態(tài)分布無(wú)規(guī)則.下圖為各種類鋼筋連接件酸洗后的形態(tài)圖.

2.1.2 拉伸試驗(yàn)破壞特征

其破壞類型主要可分為鋼筋母材斷裂與連接區(qū)破壞兩大類.根據(jù)連接方式和腐蝕程度不同，連接區(qū)破壞可細(xì)分為三種類型：焊縫斷裂破壞、套筒斷裂破壞及粘結(jié)滑移破壞.不同類型鋼筋連接件的拉伸破壞形態(tài)如圖4所示.對(duì)于未腐蝕的對(duì)比試件，所有鋼筋連接件在拉伸破壞時(shí)均表現(xiàn)為鋼筋母材斷裂破壞，如圖4(a)所示，這表明在無(wú)腐蝕條件下，四種鋼筋連接件均能保證良好的連接性能.對(duì)于腐蝕后的試件，灌漿套筒連接件試件拉伸后的破壞形態(tài)均為如圖4(a)所示的鋼筋母材斷裂破壞，其拉伸試驗(yàn)破壞特征與未腐蝕條件下的灌漿套筒連接件類似，但初始剛度與最大位移均有所減小，這表明由于灌漿料的絕緣作用在一定程度上阻止了銹蝕的擴(kuò)散，同時(shí)其粘結(jié)作用保證了鋼筋與套筒間的較可靠連接，但腐蝕條件對(duì)鋼筋的拉伸性能有一定的削弱作用.腐蝕程度較小時(shí)，其余三種連接件大部分的破壞形態(tài)仍為鋼筋母材拉斷，腐蝕程度較高時(shí)部分試件則表現(xiàn)為連接區(qū)破壞.當(dāng)理論腐蝕率增大為5%時(shí)，對(duì)于直徑16 mm的雙面電弧焊連接件，發(fā)生如圖4(b)所示的焊縫斷裂破壞，這主要是由于焊縫邊緣區(qū)域截面突變產(chǎn)生的應(yīng)力局部增大與腐蝕效果疊加引起的[17]；而對(duì)于直徑16 mm的冷擠壓套筒連接件則主要發(fā)生如圖4(c)所示的粘結(jié)滑移破壞，這是由于銹蝕導(dǎo)致冷擠壓套筒試件連接區(qū)兩側(cè)出現(xiàn)裂縫，套筒內(nèi)部螺紋也有所破壞，套筒與鋼筋間擠壓力減小，原先通過(guò)擠壓力固定在套筒內(nèi)的鋼筋從套筒滑出；當(dāng)理論腐蝕率達(dá)到15%時(shí)，對(duì)于直徑25 mm的冷擠壓套筒鋼筋連接件和直徑為25 mm的鐓粗直螺紋鋼筋連接件，其拉伸破壞形式主要表現(xiàn)為如圖4(d)和(e)所示的連接區(qū)套筒破壞，此時(shí)套筒內(nèi)部螺紋與鋼筋咬合依然良好，但筒壁在電化學(xué)腐蝕下削弱嚴(yán)重，在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中的破壞瞬間套筒斷裂為二.部分理論腐蝕率達(dá)到20%的鐓粗直螺紋鋼筋連接件發(fā)生如圖4(f)所示的粘結(jié)滑移破壞，此腐蝕率工況下的鐓粗直螺紋試件連接區(qū)域套筒基本銹蝕貫通，內(nèi)部直螺紋銹蝕嚴(yán)重，且套筒外表面積明顯減小，連接區(qū)幾乎完全喪失受拉性能.上述受拉破壞特征表明，當(dāng)腐蝕程度足夠大時(shí)，連接區(qū)域的破壞比鋼筋母材斷裂更早發(fā)生.值得注意的是，隨著腐蝕程度的逐漸增大，直徑較大的鋼筋連接件的受拉性能受腐蝕影響削弱程度要明顯高于直徑較小的鋼筋連接件，這是因?yàn)楫?dāng)鋼筋直徑較大時(shí)其受腐蝕的接觸面越大，從而實(shí)際腐蝕程度也越大，以理論腐蝕率為10%的冷擠壓套筒為例，當(dāng)直徑分別為16、20和25 mm時(shí)，其實(shí)際腐蝕率分別約為6.8%，7.1%和8.1%，實(shí)際腐蝕程度逐漸增強(qiáng)，為此直徑較大的鋼筋連接件更容易發(fā)生連接區(qū)域的破壞.

圖4 試件拉伸破壞形態(tài)

2.2 鋼筋連接件經(jīng)腐蝕后的荷載-位移曲線

圖5給出了拉伸試驗(yàn)下不同鋼筋連接件的荷載-位移曲線.需要說(shuō)明的是，拉伸曲線的屈服點(diǎn)是根據(jù)連接件試件拉伸時(shí)第一次達(dá)到屈服應(yīng)變時(shí)試件的位移和相應(yīng)的荷載確定的，無(wú)明顯屈服平臺(tái)的試件則參照規(guī)范以產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力值為其屈服極限[2]；而破壞點(diǎn)則是由試驗(yàn)中試件破壞前的荷載峰值點(diǎn)確定的.

圖5 拉伸作用下各銹蝕試件荷載-變形曲線

由圖5得出，各連接件拉伸屈服前基本為彈性狀態(tài)，且直徑相同時(shí)隨著腐蝕程度的增加彈性階段荷載-位移曲線斜率逐漸減小.這表明，隨著腐蝕程度增大，鋼筋連接件的受拉剛度有所減小，且直徑越大時(shí)剛度減小越明顯；對(duì)于同類型鋼筋連接件，鋼筋直徑越大，腐蝕對(duì)拉伸性能的影響越明顯.隨著腐蝕程度的不斷增大，四種鋼筋連接件的極限荷載和極限變形均有不同程度的減小，屈服平臺(tái)逐漸縮短，后期變形能力顯著下降，越來(lái)越趨于脆性破壞.對(duì)于參照組未經(jīng)腐蝕的試件，其荷載-變形曲線與鋼筋母材的拉伸曲線基本一致，有明顯的屈服平臺(tái)，表現(xiàn)為鋼筋母材拉斷破壞.對(duì)于雙面電弧焊連接件，當(dāng)理論腐蝕率達(dá)到5%時(shí)屈服平臺(tái)即明顯縮短(參見(jiàn)圖5(a)).直徑為20 mm、理論腐蝕率為20%時(shí)，其屈服平臺(tái)幾乎消失，極限變形嚴(yán)重降低，降低幅度可達(dá)50%(參見(jiàn)圖5(b))，這是由于焊縫邊緣處的應(yīng)力集中和腐蝕環(huán)境的共同影響導(dǎo)致連接件發(fā)生了焊縫斷裂破壞.對(duì)于理論腐蝕率達(dá)5%的冷擠壓套筒連接件，其屈服平臺(tái)雖有縮短，但縮短程度基本可忽略不計(jì)，幾乎不影響其拉伸荷載-變形曲線(參見(jiàn)圖5(d)～(f))；連接件拉伸試驗(yàn)前期荷載-變形曲線與未腐蝕的冷擠壓套筒對(duì)照組連接件基本一致，但在極限變形達(dá)到對(duì)照組的約50%時(shí)會(huì)突然破壞，此時(shí)鋼筋從套筒滑出發(fā)生粘結(jié)滑移破壞；該現(xiàn)象也同樣出現(xiàn)在理論腐蝕率為5%和10%的鐓粗直螺紋連接件的拉伸曲線上(參見(jiàn)圖5(g)～(i)).對(duì)于腐蝕率較大(如腐蝕率為20%)時(shí)，冷擠壓套筒和鐓粗直螺紋連接件荷載-位移曲線的屈服平臺(tái)段基本消失，極限變形降低顯著，表現(xiàn)出明顯的脆性破壞特性(參見(jiàn)圖5(d)～(i)).這是由于連接區(qū)套筒隨著腐蝕程度的增大腐蝕嚴(yán)重，試件表現(xiàn)為連接區(qū)先于鋼筋破壞的套筒斷裂破壞.對(duì)于灌漿套筒連接件，其荷載-拉伸曲線屈服平臺(tái)明顯，極限荷載和極限變形有所下降但可忽略不計(jì)，體現(xiàn)出良好的變形能力，連接區(qū)灌漿套筒連接件在腐蝕環(huán)境下性能穩(wěn)定，其拉伸曲線能與鋼筋母材的拉伸曲線基本保持一致(參見(jiàn)圖5(j)和5(k)).

由圖還可以看出，隨著腐蝕程度的增大，鐓粗直螺紋連接件的拉伸性能下降最為明顯，而灌漿套筒連接件的抗拉性能下降較為平緩，體現(xiàn)了較強(qiáng)的抗腐蝕能力.此外，隨著腐蝕程度增大，鋼筋直徑越大的連接件抗拉性能下降越迅速，連接區(qū)更容易先于鋼筋母材破壞.

2.3 屈服強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度

2.3.1 屈服強(qiáng)度

為進(jìn)一步分析腐蝕率對(duì)鋼筋連接件的力學(xué)性能的影響，圖8與圖9分別給出了拉伸荷載作用下的屈服強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度與平均質(zhì)量損失率之間的關(guān)系.特別指出，本文統(tǒng)一采用銹蝕鋼筋連接件拉伸試驗(yàn)中屈服荷載與銹蝕鋼筋的等效截面面積之比來(lái)計(jì)算屈服強(qiáng)度[2].

fy=Py/Ad

(1)

式中：fy為銹蝕連接件的屈服強(qiáng)度(MPa)；Py為拉伸試驗(yàn)中的屈服荷載(kN)；Ad為試件的等效截面面積.

由于電化學(xué)腐蝕后的鋼筋表面腐蝕情況很不均勻，由圖6所示，在實(shí)際測(cè)量中鋼筋腐蝕后的最小直徑無(wú)法準(zhǔn)確確定，因此，屈服強(qiáng)度根據(jù)鋼筋等效截面面積予以計(jì)算.此外，盡管試件連接區(qū)與待連接母材的直徑有較大的差距，理論上二者的腐蝕率會(huì)有所不同；但文獻(xiàn)[5]的研究結(jié)果表明，相同腐蝕程度下僅連接區(qū)腐蝕和連接區(qū)與鋼筋母材共同腐蝕時(shí)的平均腐蝕率差距并不大(如圖7所示)，可近似認(rèn)為相等.

圖6 電化學(xué)腐蝕鋼筋表面銹坑圖

圖7 平均質(zhì)量損失率對(duì)比圖[5]

圖8為不同直徑的鋼筋連接件在不同腐蝕程度時(shí)的屈服強(qiáng)度.

圖8 試件屈服強(qiáng)度

由圖可看出，隨著平均質(zhì)量損失率的增大，試件屈服強(qiáng)度呈降低趨勢(shì)，且直徑較大的鋼筋連接件比直徑較小時(shí)降低幅度大.當(dāng)鋼筋直徑相同時(shí)，雙面電弧焊連接件在腐蝕環(huán)境下的屈服強(qiáng)度隨腐蝕程度的增大降低最快，其余三種連接件的屈服強(qiáng)度在腐蝕率較小時(shí)均下降較為平緩.這主要是由于雙面電弧焊連接件受焊接熱效應(yīng)和殘余應(yīng)力效應(yīng)的疊加影響[17]，其拉伸屈服強(qiáng)度在腐蝕環(huán)境下的降低程度受腐蝕程度影響最大.當(dāng)腐蝕率較大(如腐蝕率>10%)時(shí)，鐓粗直螺紋連接件屈服強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)急速降低情況，這是由于高腐蝕程度下其連接區(qū)域的套筒腐蝕嚴(yán)重極易被銹蝕穿通，連接區(qū)內(nèi)部螺紋腐蝕嚴(yán)重，受拉性能幾乎完全喪失.

2.3.2 破壞強(qiáng)度

為綜合考慮腐蝕程度和鋼筋直徑對(duì)不同連接件破壞形態(tài)和連接性能的影響，本文統(tǒng)一采用破壞強(qiáng)度來(lái)表征不同銹蝕鋼筋連接件的極限承載能力和抗腐蝕能力.該強(qiáng)度定義為連接件受拉試驗(yàn)中最大荷載與鋼筋連接件腐蝕后的等效截面面積之比[2].

ft=Pt/Ad

(2)

式中：ft為銹蝕連接件的破壞強(qiáng)度(MPa)；Pt為拉伸試驗(yàn)中的破壞荷載(kN)；Ad為試件的等效截面面積.其中，鋼筋連接件等效截面面積根據(jù)破壞形式的不同分別采用鋼筋等效截面面積和連接區(qū)等效截面面積予以表征.

圖9給出了鋼筋連接件在不同腐蝕程度時(shí)的破壞強(qiáng)度變化趨勢(shì).由圖9可看出，試件破壞強(qiáng)度隨腐蝕程度的增大而降低，且鋼筋直徑較大的連接件比鋼筋直徑較小的連接件降低更明顯；當(dāng)鋼筋直徑相同時(shí)，雙面電弧焊鋼筋連接件的抗拉強(qiáng)度隨腐蝕程度的增大而迅速下降，冷擠壓套筒和鐓粗直螺紋套筒次之，而灌漿套筒的抗拉強(qiáng)度退化最為緩慢.由此推斷灌漿料的存在有效延緩了灌漿套筒連接件在氯鹽環(huán)境下的銹損程度，使得其抗拉強(qiáng)度退化程度要比其中三種連接方式的鋼筋連接件要小.當(dāng)理論腐蝕率為10%時(shí)，鋼筋直徑為16 mm和20 mm的灌漿套筒連接件其破壞強(qiáng)度較未腐蝕對(duì)照組試件分別僅降低了1.3%和4.3%，幾乎可以忽略該水平的氯鹽腐蝕影響.

圖9 試件破壞強(qiáng)度

2.4 強(qiáng)度計(jì)算模型

根據(jù)上節(jié)分析，鋼筋連接件的屈服強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度隨腐蝕程度的增加均呈指數(shù)函數(shù)下降趨勢(shì)，并與連接件的連接方式、腐蝕率、鋼筋直徑等參數(shù)相關(guān).因此，本文統(tǒng)一采用下式來(lái)計(jì)算不同連接方式的銹蝕鋼筋連接件的屈服強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度.

fx=f0x×[1-α×D×ηs×eβ×ηs]

(3)

式中：fx為銹蝕連接件的平均屈服強(qiáng)度(或破壞強(qiáng)度)(MPa)；f0x為經(jīng)未腐蝕連接件的屈服強(qiáng)度(或破壞強(qiáng)度)(MPa)；ηs為試件平均腐蝕率(%)；D為鋼筋直徑(mm)；α、β分別表示與強(qiáng)度相關(guān)的系數(shù).基于試驗(yàn)研究，擬合優(yōu)化確定的系數(shù)α、β值如表4所示.對(duì)于不同連接方式的鋼筋連接件，其系數(shù)取值不同.

表4 鋼筋連接件腐蝕后屈服強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度的α、β系數(shù)值

將表4中對(duì)應(yīng)的系數(shù)值分別代入式(1)得出不同腐蝕程度下不同直徑的各種鋼筋連接件屈服強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度的計(jì)算值，并將計(jì)算值與試驗(yàn)值相比較，如圖10(a)、(b)所示，二者吻合良好，可以采用式(1)對(duì)腐蝕環(huán)境下不同連接方式鋼筋連接件的平均屈服強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算.

圖10 試件強(qiáng)度試驗(yàn)值與計(jì)算值比較

3 結(jié)論

(1)氯鹽環(huán)境下，銹蝕鋼筋連接件的拉伸性能均退化明顯，退化程度隨著腐蝕率的增大而增大.不同鋼筋連接件在腐蝕程度相同時(shí)的耐腐蝕性能差異明顯，雙面電弧焊連接件的耐腐蝕性能最強(qiáng)，其次為灌漿套筒和冷擠壓套筒，鐓粗直螺紋最差；

(2)氯鹽環(huán)境下鋼筋連接件拉伸破壞形式主要分為鋼筋母材拉斷和連接區(qū)域破壞兩類.腐蝕率較小時(shí)，鋼筋連接件主要發(fā)生鋼筋母材拉斷破壞；隨著腐蝕程度增大，雙面電弧焊連接區(qū)會(huì)發(fā)生焊縫斷裂破壞；冷擠壓套筒會(huì)發(fā)生粘結(jié)滑移破壞；腐蝕程度進(jìn)一步增大，冷擠壓套筒和鐓粗直螺紋會(huì)發(fā)生套筒斷裂破壞，鋼筋直徑越大越易發(fā)生連接區(qū)的破壞；灌漿套筒連接件主要發(fā)生母材拉斷破壞；

(3)鋼筋連接件拉伸荷載-變形曲線受腐蝕程度影響明顯，隨著腐蝕程度增大，屈服平臺(tái)縮短、屈服與破壞強(qiáng)度降低、極限變形減少.鐓粗直螺紋耐腐蝕能力最弱，腐蝕后屈服平臺(tái)明顯縮短，極限變形均下降50%以上；灌漿套筒連接件抗腐蝕能力最強(qiáng)，理論腐蝕率最大時(shí)其破壞強(qiáng)度依舊可達(dá)到未腐蝕試件的95%.