钢筋混凝土梁抗弯强度试验报告【使用期间的钢筋混凝土梁抗弯强度分析】

　　摘要 钢筋混凝土结构以其优越的性能在土木工程建筑中得到了广泛的应用，国内外已有不少文献研究了钢筋混凝土梁的抗弯强度性能，也提出了不少的计算理论和不同的计算模型。本文重点从钢筋混凝土梁在使用过程中长期暴露在外部环境中，容易产生变形和锈蚀，从而会影响梁的抗弯性能方面来研究。
　　关键词 抗弯强度；变形；裂缝；耐久性
　　中图分类号TU528 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2010）33-0165-02
　　钢筋混凝土梁通常情况下是在长期荷载作用下，并且暴露在空气中使用的，这在很大程度上会影响梁的抗弯承载力能力、梁的耐久性等方面的问题。对于所有的钢筋混凝土构件，我们首先应该对其进行强度计算，即构件的承载能力极限状态设计。在满足要求的情况下，还要对其进行正常使用极限状态的验算。因为构件可能会由于较大的变形或者宽度过大的裂缝而影响构件的使用性能和耐久性。
　　1混凝土的变形对梁抗弯性能的影响
　　混凝土的变形形式主要分为两类，一类是混凝土的受力变形，包括一次短期加荷的变形和荷载在长期作用下的变形；另一类是混凝土的体积变形，主要是指混凝土由于收缩和温度变化产生的变形等。在混凝土构件的使用期间，影响较大的是构件在长期荷载作用下所产生的徐变。所谓混凝土的徐变是指混凝土在长期不变荷载作用下，其应变随时间增长的现象。对结构体系或者结构构件而言，徐变既有其有利的一面，也有其不利的一面。在有利方面比如，徐变能够使结构的内力重分布，减少应力集中现象和减少温度应力等。在不利的方面不如有：使混凝土构件的变形增大；在预应力混凝土构件中，徐变会导致预应力损失；对于长细比较大的偏心受压构件，徐变会使其偏心距增大，从而降低了构件的承载能力等。
　　混凝土徐变产生的原因较为复杂，一般认为主要是由于混凝土受力后水泥凝胶体的粘性流动要持续一个很长的时间以及微裂缝的持续延伸和发展。归结起来，具体的原因还有混凝土组成成分及配合比、混凝土养护条件和使用环境、构件的体积和表面积之比、应力的大小等等。而影响混凝土徐变的因素主要有：加荷时混凝土的龄期愈早，则徐变就愈大；持续作用的应力越大，徐变也越大；水灰比越大，水泥用量多，则徐变也越大；使用高质量的水泥以及强度和弹性模量高、级配好的骨料，则徐变较小；混凝土工作环境的相对湿度低则徐变大，在高温干燥环境下徐变将显著增大。而在荷载长期作用下，梁受压区混凝土的徐变会使梁挠度增大。
　　钢筋混凝土梁的抗弯刚度是随着荷载的增加而不断降低的，并不是始终不变的一个常数。梁在使用阶段的刚度变化可以分为短期刚度和长期刚度两类。在很多的钢筋混凝土设计的教材上均有关于受弯构件的短期刚度的计算公式[2][17]，这里不再重复。而相关的试验表明，在长期的荷载作用下，钢筋混凝土梁的挠度随时间而增大，即刚度随时间而降低。刚度降低的主要原因是因为受压区混凝土的徐变，徐变使混凝土的压应变随时间而增大，曲率也增大。此外，混凝土的收缩、粘结滑移徐变等也会使曲率增大，因此，构件的刚度随着时间的增长而下降。
　　由于混凝土构件是暴露在空气中使用的，这将会引起混凝土的体积变形。其中最常见的是混凝土的收缩变形，混凝土的收缩是指混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。混凝土产生收缩现象的主要原因是混凝土在硬化过程中由于发生化学反应而产生的凝缩和混凝土内部的自由水分蒸发而产生的干缩。混凝土的收缩对钢筋混凝土构件将产生不利的影响。例如，在混凝土构件受到约束时，混凝土的收缩会使混凝土中产生拉应力。在构件使用前就可能会因为混凝土收缩应力过大而产生裂缝。同时，在预应力混凝土结构中，混凝土的收缩同样会引起预应力的损失。
　　所以，不管是混凝土的受力变形还是体积变形，都会在不同程度上影响钢筋混凝土结构的受力和使用性能，在实际工程中，必须引起足够的重视。在了解了影响混凝土变形的因素之后，我们就应该采取相应的措施，来减少变形。比如可以通过改善原材料的性质及构件使用的环境来减少变形。对于混凝土的收缩，可以加强混凝土的早期养护、减少水灰比、减少水泥用量、加强振捣等有效措施来解决。
　　2梁中钢筋在使用期间对梁抗弯强度的影响分析
　　钢筋混凝土构件通常是带裂缝工作的，构件中裂缝的出现是不可避免的，因为混凝土的抗拉强度很低，在不大的拉应力作用下就可能会产生裂缝。然而水气或者有害气体就会通过裂缝作用于钢筋，或由于保护层混凝土的碳化，使钢筋表面保护膜遭到破坏，均会使钢筋生锈。钢筋生锈是一个膨胀过程，形成锈蚀的生成物，其体积可比钢筋被锈蚀的体积大2~3倍，这种效应可在钢筋周围的混凝土中产生相当大的拉应力，引起沿钢筋的纵向裂缝。对于钢筋锈蚀的危害程度，沿钢筋的纵向裂缝要比横向裂缝严重得多，所以应引起足够的重视。国内外有很多研究钢筋锈蚀对梁的影响的相关文献，对梁的锈蚀问题进行了比较深入的研究。
　　材料的耐久性是指暴露在使用环境中的材料，抵抗各种物理和化学作用的能力。钢筋混凝土结构具有较好的耐久性，只要能保证对混凝土结构的正常设计、正常施工和正常维护，其寿命可高达百年。但是，由于混凝土表面暴露在大气中，特别是长期受到外界温度、湿度等不良气候环境的反复影响，以及可能长期受到有害物质的侵蚀，从而使混凝土结构随着时间的增长而出现混凝土碳化、开裂和钢筋锈蚀等现象，进而使材料的耐久性降低。因此，对于混凝土结构，在进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计计算的同时，还应该根据结构所处的环境类别、结构的重要性和使用年限进行耐久性的设计。
　　3 结论
　　受弯构件在使用过程中，由于受到荷载的长期作用的影响，混凝土的徐变和钢筋的锈蚀都将在很大程度上影响梁的抗弯承载力。随着时间的增加，构件的抗弯强度降低，因此，在实际工程中，我们必须引起足够的重视。除了设计时要考虑正常使用极限状态验算以外，在使用期间要注意构件的使用环境，采取相应的维护措施。在钢筋混凝土结构构件的耐久性方面，虽然现已有较多的加固和维护措施。但是这些措施施工比较复杂、增加了结构的造价。我们应该从增强结构的耐久性本身出发，来增加结构的使用寿命。
　　
　　参考文献
　　[1]GB50010―2002.混凝土结构设计规范.北京：中国建筑工业出版社，2002.
　　[2]易建伟，孙晓东.锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究.土木工程学报，2007.
　　[3]Coronelli D Gambarova P.Structural assessment of corroded reinforced concrete beams:modeling guidelines.Journal of Structural Engineering ASCE，2004.
　　[4]张学宏.建筑结构.3版.北京：中国建筑工业出版社，2007.