西宁轨道交通工程混凝土结构关键技术研究.docx

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1、课题名称：西宁轨道交通工程混凝土结构关键技术研究前百青海省企业技术创新资金计划项目西宁轨道交通工程混凝土结构关键技术研究及示范(课题编号：2013-G-Q06A)子课题于2013年2月立项，由青海大学承担，总经费15万元。历时近3年多时间的研究工作，于2016年8月完成。轨道交通作为一种新型的城市公共交通系统，成为近年来解决城市交通问题的一个重要途径。本项目服务于工程，为西宁轨道交通的设计、施工和验收提供重要的技术支撑，重点解决西宁轨道交通设计、施工和竣工验收过程中涉及到混凝土结构耐久性和寿命的关键技术难题。青海大学课题组承担了本项目中轨道梁的疲劳性能研究工作。使用结构实验室100OKN疲劳试

2、验机对试验梁进行疲劳加载试验；使用干电池对钢筋混凝土梁通杂散电流使钢筋锈蚀，做腐蚀下的疲劳试验。重点分析轨道梁表面混凝土的开裂机理与防护措施、在反复荷载作用下无腐蚀疲劳试验及杂散电流-疲劳荷载之间的耦合作用下混凝土的疲劳特性与钢筋锈蚀研究，为西宁轨道交通项目的顺利实施提供可靠的技术保证。历时3年的研究，取得的主要成果如下：L对不同配合比的高性能混凝土梁试配研究(1)通过对原材料的采集以及钢筋混凝土梁的制作，及高性能混凝土试块的力学性能的分析，对高性能混凝土构件有了更深刻的认识；(2)展开了对4种不同配合比高性能混凝土的耐久性研究。2 .杂散电流对钢筋混凝土梁的腐蚀研究(1)通过使用干电池对浸入

3、水中的12根高性能钢筋混凝土矩形梁通电，做了锈蚀研究，得出了不含腐蚀介质时钢筋锈蚀率很低的结论；3 .无腐蚀下的高性能钢筋混凝土静力和疲劳试验研究(1)静载时梁的挠度随荷载值的增大而增大，加载后期挠度变化幅度越来越大，且高性能钢筋混凝土梁的承载力较普通钢筋混凝土梁高，钢筋粘结性能也更好；(2)高性能混凝土梁开裂时的裂缝宽度要比普通钢筋混凝土梁稍大，且开裂荷载也大于或等于普通钢筋混凝土梁；在相同配筋率下，高性能钢筋混凝土梁在开裂后的抗裂性要比普通钢筋混凝土梁要好，荷载加大到一定程度时高性能混凝土梁的裂缝扩展幅度小于普通钢筋混凝土梁。（3）疲劳寿命与混凝土抗压强度的大小有关，钢筋混凝土梁抗压强度越

4、高疲劳寿命越长；有限次的疲劳不会影响梁的极限承载力，但梁的挠度，混凝土应变，钢筋拉应变，都会有一定的累积，影响梁在使用期的适用性；（4） T形梁在静载和疲劳加载时，正截面平均应变仍符合平截面假定，且疲劳过程中中和轴位置基本不变。梁在静载过程中随着荷载的增大，荷载一挠度比也越来越大，刚度B则越来越小。当荷载值达到06Pu07Pu时，裂缝基本上出齐，且在重复荷载下裂缝在梁左右两侧向上延伸很快。（5）疲劳过程中残余挠度随着荷载循环次数N的增加，初期增长较快，中期基本稳定。混凝土在短期的重复荷载下的塑形变形的累积是可回复的，当累积到一定程度，随着裂缝的开展将不可回复。4 .腐蚀下的高性能钢筋混凝土静力

5、和疲劳试验研究（1）浸入水中通电26天左右的钢筋混凝土梁承载力有所下降；（2）对3组12水中通电根梁进行疲劳加载试验分别采用了3种应力比进行试验，应力比越高疲劳寿命越短，每一组内整体来说，高性能钢筋混凝土梁的疲劳寿命要比普通钢筋混凝土梁的要长，且随强度的提高要增加趋势。5 .投稿研究论文4篇,录用2篇。在课题研究过程中，得到了青海省建设厅、西安建筑科技大学、青海省建筑建材科学研究院的指导和帮助，在此表示衷心的谢意！西宁轨道交通工程混凝土结构关键技术研究及示范（子课题）课题组2016年10月第1章绪论11.1 研究背景与意义11.2 高性能钢筋混凝土梁疲劳试验国内外研究现状11.3 研究的内容、

6、方法及创新7第2章制备高性能混凝土的原材料及试验方法102.1 主要原材料及梁的制作102.2 试验方法13第3章杂散电流对高性能钢筋混凝土梁的腐蚀特征193.1 杂散电流单独作用下，高性能钢筋混凝土构件的腐蚀193.2 试验的对比203.3 本章小结22第4章在空气或杂散电流腐蚀环境下疲劳作用对高性能钢筋混凝土梁的影响234.1 试验过程234.2 静载作用下梁构件损伤情况254.3 在空气或杂散电流腐蚀疲劳作用下高性能钢筋混凝土梁的损伤情况324.4 高性能钢筋混凝土疲劳构件的刚度计算46第5章防护措施485.1 防止杂散电流对钢筋腐蚀的原理485.2 避免杂散电流的危害，可以采取的措施4

7、85.3 实际工程中的杂散电流防护措施分析49第6章研究的特色与创新点53第7章结论与展望547.1 结论547.2 研究工作的不足与展望54参考文献56第1章绪论1.1 研究背景与意义1.1.1 研究背景1.1 青藏高原环境严酷，对混凝土工程耐久性要求很高，因此使用高性能混凝土。1.2 随着青海省经济人口的增长，交通压力增大，而轨道交通能大量的节省时间和能源，缓解交通压力。1.3 地铁轨道梁面临的杂散电流腐蚀和疲劳破坏不容忽视。1.4 .2研究意义（1）青海省环境严酷，对混凝土工程耐久性要求很高，因此使用高性能混凝土。（2）研究高性能混凝土，以满足在恶劣环境下抵抗侵蚀的工程要求，从而对”六抗

8、特性提供理论研究依据，对延长建筑物使用寿命起到示范意义川。（3）青海省经济人口的增长，交通压力增大，而轨道交通能大量的节省时间和能源，缓解交通压力。（4）随着轨道交通建设中高性能钢筋混凝土的广泛应用，许多承载构件都处于高应力以及杂散电流腐蚀状态，使得钢筋混凝土结构的腐蚀及疲劳不容忽视。西宁地区的高海拔高寒干旱大气环境特征对轨道交通高性能混凝土的后期开裂影响严重，因此对轨道梁在疲劳下的裂缝开展规律及疲劳寿命预测模型的研究十分必要。1.5 高性能钢筋混凝土梁疲劳试验国内外研究现状1.2.1高性能混凝土国内外研究现状高性能混凝土具有强度高、耐久性好、原料来源广、制作工艺简单、每方材料成本较低、环保

9、性能好、适合各种自然环境等优点，因此它是世界使用量最大、最为广泛的首选建筑材料。它是-种新型的高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上，是以耐久性为主要设计指标，针对不同用途和要求，采用现代技术制作的低水胶比的混凝土。主要技术用途是采用优质的化学外加剂和矿物外加剂，前者可改善工作性，生产低水胶比的混凝土，控制混凝土的坍落度损失，提高混凝土的致密性和抗渗性；后者可参与水化，起到胶凝材料的作用，改善界面的微观结构，堵塞混凝土内部孔隙，提高混凝土耐久性。高性能混凝土能够大量充分利用现代工业废料作为胶凝材料，已达到节能、节料、降低成本、减小劳动力提高效率、减少环境污染的目的。吴中伟认为高性能

10、混凝土针对不同用途要求，对耐久性、工作性、强度和体积稳定性等性能有重点地予以保证。针对混凝土的过早劣化，发达国家在20世纪80年代中期便开始研究高性能混凝土。美国西雅图双联广场使用C135高性能混凝土（1988年）美国芝加哥水塔大厦使用C75高性能混凝土（1975年）美国纽约TrUmP塔楼使用C65高性能混凝土（1981年）加拿大多伦多NovaScotia广场中心大厦使用C80高性能混凝土（1987年）日本明石海峡大桥使用C40高性能混凝土（1988年）日本是高性能混凝土研究较早、水平较高、应用较广的国家。该国科研人员研制出耐久性达500年以上的混凝土。加拿大矿产能源研究中心（CANMET）开

11、发研究大掺量粉煤灰混凝土，并对其工作性能、物理力学性能和耐久性进行了系统的研究。荷兰对大掺量矿渣微粉混凝土的研究和应用已有50多年的历史和相当成熟的经验，该国的海工结构大多数采用大掺量矿渣微粉混凝土，设计使用寿命也均在100年以上。地铁工程钢筋混凝土抗杂散电流腐蚀模拟试验研究的结果表明，采用优化配制的复掺优质粉煤灰和矿渣微粉的高性能混凝土抗杂散电流腐蚀能力比同水胶比基准混凝土提高68倍。越来越多的工程实例证明，高性能混凝土正以其优良的技术性能、显著的经济效益和卓越的环保意义在工程领域广泛应用，它的发展前途无比广阔，应用前景无限美好。1.2.2杂散电流对钢筋混凝土的腐蚀国内外研究现状由于我国经济

12、的飞快发展，各个大城市为了满足人们快捷出行的需要，同时加快城市建设的脚步，越来越多的城市开始兴建轨道交通，而轨道交通中的杂散电流腐蚀不容忽视。国外对混凝土耐久性研究开始的比较早，国外是从20世纪30年代开始重视和研究混凝土的耐久性,而国内从20世纪60年代初才开始对钢筋锈蚀进行研究。1979年北京地铁科研所进行了大规模的测量调查，证实了其存在性及危险性，从而引起了各方面的广泛关注，之后便开始有大量研究人员开始研究杂散电流对钢筋混凝土的腐蚀。我国的张誉、樊云昌和干伟忠口。等人先后对杂散电流引起的钢筋混凝土构件腐蚀进行系统的研究；杨向东口口、蔺安林I、周晓军心和吴熊口阳等人则深入的研究了杂散电流对

13、混凝土性能的影响，得出了杂散电流导致的钢筋锈蚀膨胀会使混凝土强度降低的结论；贺鸿珠、杜应吉的研究表明矿物掺合料对杂散电流的有-定的抑制作用，并对杂散电流的防护措施提出了很多的建议。张二猛的研究表明在侵蚀介质作用下，单-氯离子作用较氯离子与硫酸根离子复合状况下的侵蚀更为严重，在同一组试验里，阴极部位的钢筋较阳极部位更容易发生锈蚀，杂散电流的存在改变了离子的迁移和吸附状况，对钢筋的锈蚀影响较大，且随电流增大而加强。杜应吉认为混凝土的电阻可以成为衡量混凝土减少杂散电流的腐蚀的指标。混凝土开裂与杂散电流的累积电量相关，在试验中，混凝土试件开裂时的腐蚀电量在28564952mAh范围以内。丁大鹏1在对杂

14、散电流防护研究中认为，在高架桥施工中，对梁片结构钢筋进行处理，形成钢筋网；同时，在梁端焊接连接端子，通过电缆连接使所有梁片中作为收集网的结构钢筋实现电气连通。梁、墩柱间可通过对支座进行绝缘处理，实现两者钢筋的非电气连接。关于防护杂散电流的方法，现在的主流设计思想是“以防为主，以排为辅，防排结合，加强监测”桢，L.H.Schwalm等人最早发现杂散电流会使地下金属构件产生严重的加速腐蚀作用。S-Muralidharan等人认为土壤中的金属构件中交流杂散电流所产生的腐蚀作用要比直流杂散电流小得多如。ZGChen23等对上海地铁线路附近的埋地天然气管线进行现场测试，结果发现管地电位被扰动达到200m

15、V,土壤电位梯度也达到了62mVm,已远超我国相关规范的规定。S-Srikanth等人研究表明，土壤表面的电位梯度和管地电位差在不同的位置测量的结果随时间变化，说明了杂散电流的影响，管线迅速失效主要是由于杂散电流的腐蚀导致241。G.SantiQ.Zhu、K.ZakowskiJ.Fitzgerald等通过现场试验验证了杂散电流对管线局部区域具有强烈的腐蚀作用3-28。董志君等人对运行了5年的深圳地铁系统中的21个区间上的轨道纵向电阻和轨-地过渡电阻进行现场实测W3叫结果表明走形轨纵向电阻和轨一地过渡电阻发生劣化而产生了杂散电流。LSandrolini对意大利Ticino高铁高架桥不同截面的绝缘

16、电阻进行现场测量3b32,结果表明支座-跨及跨-跨之间的绝缘电阻具有空间异性和时变性。L-Bertolini等对钢筋混凝土构件的杂散电流腐蚀过程进行了试验研究网，研究表明杂散电流能够使混凝土中钢筋的阳极区发生加速腐蚀，并且在氯离子存在时的腐蚀液中加速腐蚀作用更加明显。杂散电流的腐烛防护主要分为防、排、测三个方面。目前我国在研究如何提高轨地绝缘的措施、排流网的设置及监测系统方面已经有了很大的进展，并应用于工程中，如青岛蓝色硅谷轨道交通快线工程、上海轨道交通明珠线、天津地铁-号线等等。1.2.3高性能混凝土梁疲劳试验研究国内外研究现状陈梦成即等人认为在相同应力水平下，氯盐、杂散电流等单因素状况对钢

17、筋混凝土构件存在不同程度的损伤，相对于空气状态下疲劳构件都有较显著的提高，且在氯盐和杂散电流耦合下构件损伤最为显著。朱红兵M在对T形梁的疲劳试验研究中发现裂缝的宽度，高度及裂缝数目在整个疲劳试验过程中大致可以分为快速发展阶段、稳定阶段、破坏阶段。杨德滋36认为残余挠度随着荷载循环次数N的增加，初期增长也较快，后期增长也较快，而中间发展较慢，中间段的发展类似于混凝土的徐变。孙晓东河则认为随着疲劳循环次数的增加，累积塑形变形越来越小，加载应力-应变曲线接近直线。构件在疲劳时刚度降低是梁挠度逐渐增大的主要原因。构件刚度降低的主要原因有38：（1）疲劳荷载作用下，受拉区混凝土疲裂以及钢筋与混凝土之间粘

18、结的逐渐破坏；（2）受压区混凝土在疲劳荷载作用下动力徐变的逐渐增加；（3）在疲劳荷载作用下，钢筋周期应变软化以及在疲劳过程中其截面的不断削弱。孙俊祖M等人的研究表明在疲劳反复荷载作用下，试验梁开裂后随循环次数的增加跨中挠度的变化具有明显的两阶段特征，即缓慢增大并趋于稳定；与之相应，也间接反映出试验梁的刚度变化同样具有两阶段的变化特征，即缓慢减小并趋于稳定。董福星判等的研究表明，在疲劳荷载下，混凝土变形逐渐增大，材料性能逐渐劣化，疲劳损伤不断积累。袁迎曙等人研究表明4L46钢筋锈蚀导致混凝土结构劣化的原因有3种：（1）由于钢筋锈蚀使钢筋有效截面减小、钢筋与混凝土粘结力下降，从而降低了结构的承载能

19、力；（2）由于钢筋锈蚀体积膨胀，使得混凝土产生顺筋胀裂，从而降低了结构的刚度，增大了变形，甚至使混凝土保护层剥落，影响结构的正常使用；（3）由钢筋锈蚀在混凝土中产生相当大的拉应力，使混凝土承受双向或三向的应力。冯蕴雯等人研究表明L47-49J与空气环境下材料的疲劳极限试验对比，在腐蚀环境中，金属试件的疲劳寿命将有很大程度的降低。在淡水环境下，低碳钢的疲劳寿命将降至原来的70%75%,不锈钢降至原来的25%-65%;在海水中，不锈钢降至原来的20%-55%oRodrigUeZ通过对不同配筋率、箍筋间距以及不同锈蚀率的钢筋混凝土梁的抗弯试验发现：钢筋锈蚀率小的梁一般为受弯破坏，而钢筋锈蚀率和箍筋间

20、距较大时，往往会发生剪切破坏5叫钢筋混凝土梁的强度和刚度随着纵筋锈蚀程度的增加而不断下降，文献通过对Ill根低配筋梁进行的快速锈蚀试验，发现钢筋锈蚀后混凝土梁的弯曲能力和变形能力明显降低，钢筋直径损失10%时，弯曲承载力降为对照组的25%。TienS.Chang和ClydeE.KeSler色】做了钢筋混凝土梁的疲劳试验，认为荷载应力水平可决定疲劳破坏形态，低应力水平（高应力水平）的重复荷载将导致弯曲疲劳破坏和剪切疲劳破坏。MaxSChIafli等人网利用27块钢筋混凝土桥面板的疲劳试验，研究了钢筋和混凝土应变、跨中挠度等与循环次数的关系。PritpalS.和MahmOUdS.口旬通过9组共Il

21、l根锈蚀钢筋混凝土梁的静力试验，得到了荷载-挠度曲线，指出钢筋截面积的减小对承载力的影响很小，而粘结强度的减小才是承载力下降的主要原因。且CaSteII55-56通过对暴露长达14年之久的锈蚀钢筋混凝土梁进行试验研究，建议计算锈蚀钢筋混凝土梁的承载能力时应考虑钢筋截面损失和钢筋与混凝土之间粘结力的下降。EzioCiuriani等卬1根据梁式试验结果和锈蚀钢筋拔出试验，根据锈蚀钢筋与混凝土之间粘结滑移关系的变化，在低锈蚀率下分析了锈胀裂缝宽度与附近位置横向裂缝宽度之间的关系，计算结果考虑了箍筋的影响，为锈蚀钢筋混凝土梁短期刚度提供了新的计算思路。E.H.KhorW以荷载作用下节点曲率变化为基点，

22、运用概率分析方法，对锈蚀钢筋混凝土梁在随机荷载作用下的长期挠度计算进行了研究，该方法可以对截面尺寸和材料性能进行修正，较传统计算方法有较大突破。JOanRCase明的研究证实预应力钢筋混凝土梁疲劳破坏主要是因为预应力筋和孔道之间产生滑移导致锚具失效而引起的，并且建立了考虑疲劳荷载、材料本构关系、支座的不均匀沉降和温度变化等非线性因素的预应力钢筋混凝土梁的疲劳损伤模型。APOStOlOPOUlOS础等人进行了锈蚀钢筋的低周疲劳试验研究，研究指出锈蚀钢筋的低周疲劳性能与锈蚀率的关系非常密切，在低周循环荷载作用下，锈蚀钢筋的耗能能力逐渐减小，并且随着锈蚀率的增大，疲劳寿命缩短。1.3研究的内容、方法

23、及创新1.3.1课题主要研究内容通过配制不同配合比的4种高性能钢筋混凝土矩形梁和T形梁。对矩形梁和T形梁分别做静力试验，确定破坏荷载；并对矩形梁在无腐蚀和杂散电流腐蚀下、T形梁在无腐蚀下分别做疲劳试验；疲劳试验完成后，取出梁中的钢筋，通过钢筋锈蚀率及钢筋疲劳后的力学性能，分析杂散电流对高性能钢筋混凝土梁的腐蚀特征。本研究目的是为了探究杂散电流腐蚀对轨道梁受力性能的影响；在电流腐蚀下，不同配合比的轨道梁锈蚀率的比较与探究；探究不同强度的高性能混凝土梁的疲劳性能与疲劳特征；探究不同疲劳荷载及杂散电流耦合下，轨道梁力学性能的变化、疲劳破坏特征；同时研究结果为青海地区轨道交通高性能混凝土结构的耐久性和

24、安全性问题提供理论依据。1.3.2采取的研究方法及技术路线研究方案及技术路线图第2章制备高性能混凝土的原材料及试验方法2.1 主要原材料及梁的制作2.1.1 主要原材料原材料信息如下表2-1表2-1原材料序号材料名称规格主要性能指标1水泥RII52.5RO42.5安定性合格2粉煤灰I级（优先）或II级I级时0.045mm筛余率9.0%3硅灰SiOz含量90.51%,比表面积26200m7kg4磨细矿渣S95比表面积为430m2kg5砂碱活性砂（中砂）14d砂浆棒法膨胀率0.1%0.2%6石花岗岩碎石最大粒径20mm,表观密度2780Kgm3,堆积密度1530Kgm3,空隙率41%,含泥量0.8

25、针片状颗粒含量2.6%,压碎指标8.2%,基本属于520连续级配。SO42-含量0.02%,Cl-含量0.0057%。7高效减水剂8引气剂9减缩剂10表面蒸发延迟剂11FDN钢筋阻锈剂12膨胀剂氧化钙型13聚丙烯纤维束状单丝19mm14聚乙烯醇束状单丝12mm15钢纤维非仿16水自来水符合混凝土用水国家标准17应变片及导线12018导线(铜线)4z6mm22.1.2 梁的制作(1)梁体尺寸总共制作8片T形梁，30片矩形梁，梁体尺寸及编号见图2-1及表2-2。表2-2梁体尺寸试验梁类型试验梁编号试验梁尺寸截面bh(mm)长(mm)T形梁1-8见图2-1（八）2000矩形梁93885mm100

26、mm(b)500图2-1T形、矩形试验梁截面设计依据：实际工程中梁的截面高度h一般大于梁宽b。根据钢筋混凝土结构设计原理截面形式与尺寸，正截面受弯承载力的计算，并参考普通钢筋混凝土梁高跨度比等，在满足适筋梁条件下，同时还要考虑疲劳试验机的加载能力，具体包括：加载平台空间、加载荷载大小及加载频率（避免加载过程中出现共振现象）。设计了单T形梁，取梁截面高h=300mm,肋宽b=200mm,翼缘厚bf=90mm,翼缘宽度hf=400mm,梁长度L=2000mm,共8根。在矩形截面梁在设计时，除了考虑上述因素，还要考虑梁的数量，对试验经费的要求；因此选择设计梁长L=500mm,梁高h=100mm,梁宽

27、b=85mm的矩形梁30根。（2）材料选定T形梁受拉钢筋采用HRB335（二级）螺纹钢筋，其余钢筋均采用HPB235（一级）光圆钢筋。混凝土的采用具体分配见表2-3表2-3混凝土材料混凝土Ca30Ca50Ca50zCa60试验梁编号7、89155、616233、424301、23138(3)配筋形式试验梁的配筋：18号T形梁具有相同的配筋形式，如图2-2所示；938号梁只在梁体下部配置两根受拉钢筋，如图2-3所示。图2-2单T形梁配筋图混凝土试件立面图图2-3矩形梁配筋图配筋图2.2 试验方法(1)按照(用水量+水胶比)控制设计配合比如下表2-4：表2-4配合比设计单位立方混凝土的材料用量kg

28、m-3编号总胶材水泥粉煤灰矿渣硅灰砂石子阻锈剂减水剂引气剂AAR抑制剂水W/B3403407341207177Ca3012.163.550.00050.520.520.00.010.850.151.061.59540.00050.28500325751007411159100.254.5150Ca500.20.300.650.1501.482.320.020.00050.0090.3033.Ca50Z50032560100157411159011.00.254.51500.300.20.00.020.650.1200.031.482.32620.00050.0090.30Ca60Z536322

29、8011816739115533.013.40.2684.8241500.28(2)试验工况本次试验总共设计六种工况，分别为：工况一：静载；工况二：抗弯疲劳(矩形梁020.60MU)(T形梁0.43-0.63MU)；工况三：抗弯疲劳-杂散电流1(0.2-0.8Mu);工况四：抗弯疲劳-杂散电流2(02-065Mu);工况五：抗弯疲劳-杂散电流3C0.2-0.45Mu)：工况六：备用。1-8号梁按四种配比分类分别进行工况二与工况三的加载、938号梁按四种配比分类分别进行工况一至工况五的加载，具体加载方式见下表2-50表2-5加载工况试验工况二三四五六1、32、414-15、试验梁5、76、821

30、23、9、1610、1711、1812、1913、2029-30、24、3125、3226、3327、3428、3536-38（3）测点布置在钢筋笼及梁体混凝土表面布置应变片，钢筋应变片布置在18号梁体支座截面、L/4截面及跨中截面受压、受拉钢筋处；938号梁的跨中截面受拉钢筋处。混凝土应变片布置在梁体表面。（4）试验加载1）加载装置静载试验在疲劳试验机上完成。疲劳试验，试验装置由加载架、疲劳试验机、分配梁、支座组成。静荷载和疲劳动荷载全部由天水红山试验机厂生产的100OKN电液伺服疲劳试验机提供，疲劳试验机由控制系统，油压系统和100OKN伺服作动器组成。试验中将作动器压头与分配梁接触实现

31、对试验梁的弯曲加载。分配梁采用H型钢，并加焊加劲肋以保证其强度和刚度满足要求。支座由两根热轧无缝钢管加焊正方形端板组成，两个支座钢管的底部与一个大型钢板焊接，大型钢板通过地脚螺栓与试验室地板连接以确保疲劳加载时支座的稳固。2）加载方式本试验采用等幅正弦波加载方式。考虑到试件较大，如果疲劳加载频率过大则会使振动幅度过大，同时还要保持一定的频率以防止低频蠕变疲劳影响。所以本试验的加载频率选定为5Hzo(5)试验流程1)试验梁制作&钢筋骨架的绑扎试验梁中的钢筋骨架委托施工单位进行人工绑扎以保证质量。b.纵向受力钢筋应变片的粘贴在受力钢筋表面粘贴电阻应变片。粘贴前先用打磨机和砂纸将测点部位的钢筋表面打

32、磨光滑，然后用丙酮将打磨过的钢筋表面擦拭干净，用502胶水将电阻应变片粘贴在钢筋表面，保证应变片与钢筋轴向平行。用电烙铁将电阻应变片的导线与外部导线焊接起来,用融化的松香和石蜡将应变片保护好，并用纱布缠好,以免在浇筑混凝土时电阻应变片受潮而影响后期的测量。c模板的制作本试验试件浇筑时采用木质模板，以保证浇筑成型后的混凝土表面平整，尺寸标准。在制作模板是严格控制模板的尺寸以及侧模与底模的位置，因为这些因素直接影响着梁的尺寸。板与板用钉子牢靠连接，避免振捣时模板变形或解体，导致试件浇筑失败。然后将绑扎好的钢筋骨架放入模板中，保证钢筋骨架的底面与底模的上表面之间留有20mm的混凝土保护层厚度。d.混

33、凝土浇筑本试验混凝土由商混站提供，将搅拌好的混凝土倒入模板中，进行浇注。同时利用插入式振捣棒进行充分振捣。浇注和振捣时应注意保护钢筋表面的电阻应变片及其导线。浇注梁的同时，制作9块尺寸为15OnlnIXl50mmX150mm混凝土立方体试块，与梁同期同条件养护，分别测其3天、7天、28天强度。e试件的养护试件浇注完成24小时后拆模。拆模后进行自然养护。养护期间注意对试件洒水以满足湿度要求。f.混凝土应变片的粘贴2）试验梁加载a.静载试验每根试验梁在进行静载试验前都要做1到2次预加载，一般预加载值都不超过计算初裂荷载的70%,目的是为了消除试件与支座的接触不良，同时检验系统各仪器是否正常。然后进

34、行正式加载，正式加载前将力调整为零，此时平衡电阻应变仪，同时记录百分表初始数值。本次试验以每IKN为一级进行分级加载，每级加载完成暂停作动器5到10分钟，进行挠度、应变、裂缝等内容的测量。如此加载直至试验梁计算破坏破坏荷载80%时，降低加载速度，仔细观察试验梁的变化。加载至钢筋屈服后，转换为位移控制模式，缓慢加载。为保护加载设备，并且得到破坏形态，在钢筋屈服后待裂缝和挠度达到一定程度即停止加载，收起作动器压头，静载试验结束。b.疲劳试验试验梁进行疲劳试验前同样要做1到2次的预加载。然后将荷载调整为零，平衡电阻应变仪，记录百分表初始数值。根据静载试验结果确定疲劳试验中荷载上限值，下限值和中间值。

35、利用疲劳试验机静载模式，将荷载加至疲劳荷载中间值。然后启动动载模式，进行疲劳加载。因本次试验需要记录试验进行到某些特定次数时的钢筋、混凝土应变。所以在试验进行到这些特定次数时要将疲劳机转换为静载模式。现以第一次的测量过程为例说明，疲劳循环荷载的第一次加载采用静载模式将荷载加至疲劳荷载上限值，暂停作动器，记录电阻应变仪数值，观察裂缝。然后卸载至零，记录电阻应变仪、百分表的读数，观察裂缝。得到第一次循环荷载测量结果。然后继续加动载进行疲劳试验，到前述特定次数后将疲劳机转换为静载模式，重复第一-次加载时所做的记录工作。如此这般，直至试件破坏，疲劳试验结束，若循环荷载加至200万次梁仍未破坏，则认为在

36、此应力水平下梁不会发生疲劳破坏。c裂缝的观察裂缝的扩展情况可以很直观的反应试验梁的工作状态，所以裂缝的位置、扩展的高度、宽度等是重要的观测内容。本试验中裂缝位置，发展高度由钢尺进行测量，并按实际情况手绘于细格纸上。裂缝宽度借助进行测量。对疲劳试验时的裂缝观测同样是在疲劳荷载达到前述特定次数后，荷载卸载为零和加载到极限荷载时进行测量。d.疲劳加载次数的记录试验中疲劳次数由疲劳试验机自动记录，当加载次数达到所设置前述特定次数时，疲劳机会自动停止动载，这时利用静载模式进行加载以测量上述内容。试验梁破坏时的次数即为试验梁的疲劳寿命。特别地,若疲劳循环次数到达200万次后试验梁仍未破坏，则认为在此应力水

37、平下此试验梁不会发生疲劳破坏，即可停止加载，试验结束。当试件达到承载能力极限状态时，注意观察试件的破坏特征并确定其破坏荷载值。规定：当发现下列情况之一时，即认为该构件已经达承载能力极限状态（破坏）。依据“钢筋混凝土预制构件质量检验评定标准”，试件的破坏荷载值：受压混凝土破损；纵向受拉钢筋被拉断；纵向受拉钢筋达到或超过屈服强度后致使构件挠度达到跨度的1/50,或构件纵向受拉钢筋处的最大裂缝宽度达到L5mm。第3章杂散电流对高性能钢筋混凝土梁的腐蚀特征3.1 杂散电流单独作用下，高性能钢筋混凝土构件的腐蚀浸水通电26天后，梁表面的锈蚀情况如下:浸水通电26天后，做完疲劳试验取的钢筋笼如下:取的标定

38、钢筋如下:酸洗及钢筋的拉伸如下:3.2 试验的对比锈蚀率的计算：有腐蚀与无腐蚀钢筋混凝土梁试验实测钢筋锈蚀率如下表3-1所示。由表分析知：钢筋混凝土梁在自来水中通电与不通电的相比能促进钢筋的锈蚀，但锈蚀加速不是很明显，且阻锈剂对阻止通电钢筋的锈蚀有一定的作用。表3-1试验实测钢筋锈蚀率应力比梁号混凝土标号有无通电锈蚀率(%)10Ca30无0.320.3321Ca50无0.3130Ca50z无0.3235Ca60z无0.32无腐蚀静13Ca30无0.3122Ca50无0.3224Ca50z无0.32载38Ca60z无0.3315Ca30有0.910.2417Ca50有0.6326Ca50z有0.

39、3331Ca60z有0.6614Ca30有0.650.3120Ca50有0.6428Ca50z有0.3237Ca60z有0.5911Ca30有0.820.4418Ca50有0.6425Ca50z有0.3332Ca60z有0.57有腐蚀静36Ca60z有0.60载38Ca60z有0.62疲劳试验完成后，取出的同一标号混凝土梁的标定钢筋力学性能平均值，如表3-2所示。表中无腐蚀的普通Ca30钢筋混凝土梁中取出的钢筋抗拉强度和下屈服强度比有腐蚀的普通Ca3O钢筋混凝土梁明显要低,说明随着锈蚀率的增大,钢筋的抗拉强度和屈服强度都会下降。且高性能混凝土梁中的锈蚀钢筋的力学性能下降很小。表3-2钢筋力学性

40、能平均值腐蚀条件取出钢筋的梁的标号钢筋力学性能平均值最大力Fm(kN)抗拉强度Rm(MPa)下屈服强度ReL(MPa)Ca3025.79912.24738.06无Ca5024.96882.77682.45Ca50z25.05885.85696.12Ca60z25.17890.34694.82浸水通电26Ca3021.72768.07593.48Ca5024.66871.94680.64Ca50z25.91916.29720.33Ca60z23.29823.63645.773.3本章小结浸水通电对钢筋锈蚀有一定加速作用，但不明显；浸水能使混凝土构件耐久性降低；钢筋锈蚀的混凝土梁的承载力会有所下降

41、高性能混凝土梁对杂散电流有一定的抑制作用。第4章在空气或杂散电流腐蚀环境下疲劳作用对高性能钢筋混凝土梁的影响4.1 试验过程4.1.1 无腐蚀矩形梁试验过程试验采用天山红水PLS-100oKN液压疲劳试验机加载，如图4-1所示。试验时自制加载架及简支梁支座，使其方便加载。做静载试验时在梁跨中两侧各布置一个百分表，在梁底粘贴一木条，测跨中挠度，如图4-2所示。图4-1试验加载装置图4-2测挠度装置试验加载采用跨中加载集中力，做静载试验时，每次加载1KN,直到钢筋混凝土梁完全破坏为止，加载过程，主要测量混凝土拉应变、混凝土压应变、钢筋拉应变、跨中挠度、裂缝宽度、开裂荷载、破坏时的极限荷载。以裂缝

42、宽度达到L5mm为标志来判定构件的承载力极限状态。疲劳试验时，通过对普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准中抗压疲劳规定的参考，取破坏荷载Pu的20%60%（4-12kN）作为疲劳荷载取12kN（最大值），取8kN（12-4=8kN）为疲劳时力的振幅，此时疲劳荷载的特征（最小荷载与最大荷载比）为P=0.33。试验频率为5Hz。疲劳过程：0,静载，10000,静载，50000,静载，100000,静载，300000,静载，500000,静载,1000000,静载,2000000,如未破坏（1.5mm裂缝）静载到破坏。静载分4级加载每次加载3kN,直至加载到12kN为止，每次加载时间至少为5min

43、加载速率为O.OlkN/s。百分表测位移（挠度），量程IOmm,精度0.01mm。每一级加载后，均测量混凝土拉、压应变，钢筋应变、梁的跨中挠度，裂缝宽度。4.1.2 无腐蚀T形梁试验过程通过对比高性能混凝土T形梁与普通混凝土T形梁的静力和疲劳试验，研究高性能混凝土和普通混凝土在疲劳荷载作用下的挠度变化、裂缝宽度的变化及应变的变化等规律。试验采用天山红水PLS-1000KN液压疲劳试验机加载。百分表测位移（挠度），精度0.01mm。本疲劳试验采用固定的最小应力和最大应力水平的等幅正弦波跨中单点加载。加静载时在梁跨中两侧各布置一个百分表，测跨中挠度。钢筋应变片布置在梁的跨中、1/4跨、支座处的受

44、拉和受压钢筋上，混凝土应变片布置在跨中（自上而下编号为16）和1/4跨（自上而下编号为14）,如图4-3所JO图4-3应变片位置及加载情况（尺寸单位：nun）静载试验时，每次加载10KN,直到钢筋混凝土梁完全破坏为止，加载过程,主要测量混凝土应变、钢筋应变、跨中挠度、裂缝宽度、开裂荷载、破坏荷载等数据。疲劳试验时，通过对普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准中抗压疲劳规定的参考，T形梁的初裂荷载为50kN,破坏荷载PU为150kN,取破坏荷载的43%63%（65-95kN）作为疲劳荷载取95kN,取30kN为疲劳时力的振幅。此时疲劳荷载的特征（最小荷载与最大荷载比）为P=0.684,试验频率为5Hz。疲劳时动、静载荷循环加载，累积动载次数为0,10000,50000,100000,300000,500000,1000000,2000000,如2000000次未破坏静载到破坏。其中静载分5级加载，第1级为30kN,其余4级为20kN,直至加载到U