《J. Struct. Eng.》同济大学张伟平教授、顾祥林教授等：钢筋混凝土柱腐蚀诱导失效模式转变及地震行为劣化实验研究
2026-03-27 17:38:18
作者：土木工程结构与材料 来源：土木工程结构与材料
分享至：
钢筋混凝土（RC）结构在长期服役过程中，钢筋锈蚀是导致其性能退化的主要因素之一。尤其是在地震多发区，锈蚀可能使原本设计为延性弯曲破坏的RC柱，转变为脆性的弯剪或剪切破坏，极大威胁结构安全。然而，现有研究多集中于纵筋锈蚀，对箍筋锈蚀的关注不足，更鲜有研究将两者锈蚀程度分别控制，系统探讨其对破坏模式转变和抗震性能的影响。近期，同济大学张伟平教授、顾祥林教授等通过低周往复加载试验，评估了锈蚀柱的结构性能（包括破坏模式、滞回与骨架曲线、刚度退化、耗能能力及变形组成），提出了一种基于钢筋应变的破坏模式识别方法。钢筋混凝土（RC）柱中的钢筋锈蚀可能将其预期的破坏模式从延性弯曲破坏转变为脆性弯剪或剪切破坏，严重威胁结构安全。然而，现有研究在阐明锈蚀诱导的RC柱破坏模式转变机制方面仍存在不足。为填补这一空白，本研究对六根设计为弯曲破坏的T形RC柱进行了试验研究，其中五根采用外加电流法进行锈蚀处理，分别控制纵筋与箍筋的锈蚀程度。通过低周往复加载试验，评估了锈蚀柱的结构性能，包括破坏模式、滞回与骨架曲线、刚度退化、耗能能力及变形组成。提出了一种基于钢筋应变的破坏模式识别方法。结果表明，随着箍筋锈蚀程度增加，RC柱的破坏模式由弯曲破坏依次转变为弯剪破坏和剪切破坏。这一转变显著降低了RC柱的抗震性能。尽管纵筋锈蚀对抗剪能力影响较小，但会降低剪切需求，从而提升延性。基于试验结果，对比了五种抗剪强度模型，其中Kowalsky and Priestley模型在预测锈蚀RC柱抗剪强度方面表现最佳。通过分析变形组成与钢筋应变的演变，揭示了破坏模式转变的内在机理，即剪切与弯曲强度之间的竞争机制。研究聚焦于T形RC柱，通过设计6根本应发生弯曲破坏的柱试件，分别控制纵筋与箍筋的锈蚀程度，系统研究了：
- 锈蚀对滞回性能、骨架曲线、刚度退化、耗能能力的影响
研究团队采用外加电流加速锈蚀方法，分别控制纵筋与箍筋的目标锈蚀程度（0%、5%、10%、15%），并通过环氧树脂涂层+绝缘措施确保两者锈蚀过程相互独立。随后进行低周往复加载试验，结合3D激光扫描、应变监测与变形分解方法，系统评估了锈蚀柱的抗震性能。将RC柱的破坏模式划分为弯曲、弯剪和剪切三类，并进一步根据纵筋与箍筋的屈服顺序对弯剪破坏进行细分，弥补了传统基于裂缝形态判断的不足。随着箍筋锈蚀程度增加，破坏模式由弯曲→弯剪→剪切逐步转变，承载力下降9%~17%，极限位移降低8%~44%，累计耗能减少18%~85%。在剪切控制柱中，纵筋锈蚀虽对抗剪能力影响不大，但会降低承载力与初始刚度，同时减少剪切需求，可能提升结构延性（极限位移提高25%~40%，耗能提升35%~50%），甚至使破坏模式由剪切重新转变为弯剪。4. Kowalsky and Priestley模型预测效果最佳在对比五种抗剪模型后，该模型在考虑箍筋锈蚀与保护层混凝土损伤后，预测结果与试验最为吻合，且采用主要受力肢段锈蚀程度（η_st1,2）可提高预测精度。锈蚀改变了RC柱的抗弯与抗剪能力平衡，进而影响破坏模式与整体抗震性能。未来基于性能的生命周期抗震评估中，必须考虑锈蚀引发的弯-剪耦合效应。Liu, Y., Zhang, W.-P., Wang, R.-L., Xia, C., & Gu, X.-L. Experimental Investigation on Corrosion-Induced Failure Mode Transition and Seismic Behavior of Corroded RC Columns. Journal of Structural Engineering, 2026, 152(3), 04025294.DOI：https://doi.org/10.1061/JSENDH.STENG-14606
免责声明：本网站所转载的文字、图片与视频资料版权归原创作者所有，如果涉及侵权，请第一时间联系本网删除。
