鋼筋銹蝕是鋼筋混凝土（Reinforced Concrete, RC）結(jié)構(gòu)最主要的劣化因素，銹蝕不但減小鋼筋截面積，而且生成膨脹性銹蝕產(chǎn)物導致混凝土保護層脹裂，改變鋼筋混凝土粘結(jié)性能。良好的粘結(jié)是鋼筋混凝土協(xié)同工作的基礎，因此明晰銹蝕鋼筋混凝土的粘結(jié)-滑移關系對腐蝕RC構(gòu)件/結(jié)構(gòu)性能評估至關重要。近日，港航院俞小彤博士與瑞典查爾姆斯理工大學（Chalmers University of Technology）Karin Lundgren教授團隊共同開展自然腐蝕條件下RC梁內(nèi)鋼筋粘結(jié)-滑移關系的研究，并取得突破性進展。

以往，學者們大多對鋼筋進行加速銹蝕，隨后開展拉拔試驗，分析不同銹蝕程度的鋼筋與混凝土的粘結(jié)-滑移關系。然而實驗室加速銹蝕的研究結(jié)果能否預測自然腐蝕條件下鋼筋混凝土粘結(jié)特性尚存爭議。在RC構(gòu)件/結(jié)構(gòu)承載過程中，鋼筋屈服后由于泊松效應會發(fā)生環(huán)向頸縮，大大降低粘結(jié)力，該現(xiàn)象難以在常規(guī)的拉拔試驗中反映。盡管腐蝕RC梁、柱等構(gòu)件承載性能演化有大量研究，但由于缺乏精細的測量手段，未能深入認識構(gòu)件內(nèi)部鋼筋的行為發(fā)展，缺少鋼筋粘結(jié)-滑移關系的反演分析方法。

俞小彤博士與Karin Lundgren教授團隊依托瑞典一座服役80年的RC橋梁（Gullsp?ng Bridge），現(xiàn)場選取橋梁的邊梁進行三點彎曲等試驗，分析荷載-撓度曲線、鋼筋銹蝕與屈服形態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)自然腐蝕RC梁極限撓度由端部粘結(jié)性能決定，鋼筋屈服具有不對稱性（圖1），并提出了不對稱因子（a=Δl/0.5l）量化不對稱程度。

圖1.不對稱的鋼筋屈服

采用DIANA有限元軟件對試驗梁的受彎過程進行非線性分析，為了反映屈服對粘結(jié)的影響，創(chuàng)新性地賦予鋼筋屈服段與未屈服段2類粘結(jié)-滑移本構(gòu)形式（圖2），準確地再現(xiàn)了試驗梁的抗彎承載特性，包括荷載-撓度曲線、開裂模式與寬度、鋼筋屈服位置與長度（圖3）。在此基礎上，作者對9個粘結(jié)-滑移參數(shù)的敏感性及在反演過程中的確定方法進行研究，提出了RC梁內(nèi)鋼筋粘結(jié)-滑移關系的反演方法。

圖2.RC梁內(nèi)鋼筋粘結(jié)—滑移本構(gòu)形式

（1）荷載—撓度曲線對比

（2）試驗梁與模擬梁開裂模式與寬度對比

圖3. 模擬梁準確再現(xiàn)試驗梁彎曲特性

為探明腐蝕梁表觀損傷程度，鋼筋銹蝕程度、澆筑位置對自然腐蝕鋼筋粘結(jié)性能的影響，根據(jù)提出的反演分析方法，確定9根試驗梁中共18根受拉鋼筋的粘結(jié)-滑移關系并分析（圖4）。對于鋼筋未屈服部位，粘結(jié)強度越高，相應的殘余粘結(jié)強度也越高，但滑移平臺長度減小。保護層混凝土剝落損傷會降低殘余粘結(jié)強度，而開裂損傷幾乎無影響。最有趣的發(fā)現(xiàn)是，不對稱的鋼筋屈服會導致一端的粘結(jié)長度顯著減小，決定了RC梁極限承載能力。為節(jié)約計算時間，許多研究基于對稱性假定僅模擬半梁，但這會高估粘結(jié)長度，導致粘結(jié)失效破壞提前發(fā)生，因此不對稱的鋼筋屈服在RC結(jié)構(gòu)承載分析中需要更多關注。

圖4. 混凝土梁內(nèi)鋼筋粘結(jié)-滑移關系

（虛線為試驗加載中鋼筋未屈服，數(shù)字為實測的鋼筋銹蝕率）

研究工作由中國中央高?；究蒲袠I(yè)務費項目、瑞典科學研究委員會、瑞典交通部等提供經(jīng)費支持。相關成果以“Numerical assessment of bond-slip relationships for naturally corroded plain reinforcement bars in concrete beams”為題于7月15日發(fā)表于《Engineering Structures》。論文第一單位是河海大學港口海岸與近海工程學院。第一作者是俞小彤博士，其所在的近海工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕防護與修復技術(shù)團隊是江蘇省“六大人才高峰”創(chuàng)新人才團隊，長期致力于海洋環(huán)境腐蝕機制、鋼筋混凝土材料/構(gòu)件性能劣化、結(jié)構(gòu)高效修復技術(shù)等研究。