腐蝕鋼絞線預(yù)應(yīng)力混凝土梁的彎曲疲勞性能退化特征

李富民+施小飛+楊俊

摘要：采用與實(shí)際氯鹽環(huán)境腐蝕效果更為接近的內(nèi)摻鹽加速腐蝕方式，制作4根不同摻鹽率的鋼絞線預(yù)應(yīng)力混凝土梁試件并放置90 d以產(chǎn)生不同程度的腐蝕，然后對(duì)腐蝕梁試件進(jìn)行疲勞加載直至出現(xiàn)斷絲破壞，其中在每1×105 次疲勞作用后進(jìn)行1次靜力加載試驗(yàn)，以考察疲勞破壞、疲勞壽命退化以及彎曲剛度退化等特征。結(jié)果表明：鋼絞線表現(xiàn)出典型的坑蝕特征；坑蝕鋼絲在疲勞作用下會(huì)出現(xiàn)多個(gè)疲勞裂紋，其中1個(gè)裂紋最終發(fā)展至瞬斷而成為梁疲勞破壞的標(biāo)志；鋼絲疲勞斷口呈現(xiàn)出典型的宏觀脆性斷口特征，斷口表面清晰可見(jiàn)蝕坑區(qū)、疲勞斷裂區(qū)及瞬斷區(qū)；梁的疲勞壽命隨摻鹽率增加呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系退化；疲勞作用導(dǎo)致腐蝕梁的荷載撓度曲線由前、后2個(gè)剛度不同但都近似呈直線的區(qū)段組成；氯鹽作用和疲勞作用愈強(qiáng)，二者疊加引起梁的剛度退化也愈顯著。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土梁；鋼絞線；耐久性；氯鹽環(huán)境；腐蝕；疲勞；彎曲剛度

中圖分類(lèi)號(hào)：TU378文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Degradation Characteristics of Flexural Fatigue Property of Prestressed

Concrete Beam with Corroded Steel StrandLI Fumin1， SHI Xiaofei1，2， YANG Jun1

（1. Jiangsu Key Laboratory of Environmental Impact and Structural Safety in Engineering， China University of

Mining and Technology， Xuzhou 221116， Jiangsu， China； 2. Deptment of Traffic Engineering， Nantong

Shipping College， Nantong 226010， Jiangsu， China）Abstract： The accelerated corrosion method of mixing salt into concrete which had a similar corrosion result with the situation of actual chloride environment was used. Four prestressed concrete beams with steel strands and different salt contents were fabricated and placed for 90 d to achieve different corrosion degrees. Then the corroded specimens were loaded in fatigue until to failure with one steel wire fracturing， and a static loading test was executed after every 1×105 times fatigue loading. Based on the experiment， the characteristics of fatigue failure， fatigue life degradation and flexural rigidity degradation were studied. The results show that the steel strands are corroded in typical pitting appearance. Multiple fatigue cracks appear on the pitting corroded wires under the action of fatigue， and one of them develops to fracture ultimately and marks the failure state. The fatigue fractures of wires show typical macrobrittle characteristic. The pitting corrosion region， fatigue fracture region and final fracture region are presented clearly in the fatigue fractures. The fatigue life degenerates in the exponential function law with the increase of salt content. For the influence of fatigue action， the loaddeflection curve of corroded beam is changed to be composed with two approximate straight lines with different slopes. The stronger the chloride action and fatigue action are， the more prominent the rigidity of the beam degenerates.

Key words： prestressed concrete beam； steel strand； durability； chloride environment； corrosion； fatigue； flexural rigidity

0引言

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度、抗裂性、疲勞性等方面具有特殊優(yōu)勢(shì)，因而廣泛用于土木工程結(jié)構(gòu)中。然而，正如普通混凝土結(jié)構(gòu)一樣，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)也存在著嚴(yán)峻的耐久性問(wèn)題[1]。

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性退化的主要原因有3個(gè)：①堿骨料反應(yīng)、凍融循環(huán)作用、硫酸鹽腐蝕等引起的混凝土損傷及其粘結(jié)性能退化[24]；②氯鹽侵蝕、碳化作用等引起的預(yù)應(yīng)力鋼筋腐蝕損傷及其粘結(jié)性能退化[58]；③氯鹽侵蝕、碳化作用等引起的錨固連接體系腐蝕損傷[9]等。這些材料性能的退化都會(huì)引起結(jié)構(gòu)性能的退化，其中以預(yù)應(yīng)力鋼筋腐蝕引起的受彎構(gòu)件性能退化問(wèn)題最為突出。

目前，關(guān)于預(yù)應(yīng)力鋼筋腐蝕引起受彎構(gòu)件性能退化問(wèn)題的研究主要集中在靜力性能上[1011]，這顯然是不夠的，因?yàn)樵S多預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件還會(huì)承受公路車(chē)輛、鐵路列車(chē)、工業(yè)吊車(chē)等可變荷載產(chǎn)生的疲勞作用。單純的力學(xué)疲勞作用可通過(guò)限制疲勞應(yīng)力幅不要超過(guò)材料的疲勞極限以使構(gòu)件免于疲勞破壞，但當(dāng)這些構(gòu)件同時(shí)受到海洋環(huán)境、除冰鹽環(huán)境、漿體空腔局部潮濕環(huán)境（灌漿質(zhì)量問(wèn)題）等引起的電化學(xué)腐蝕作用時(shí)，腐蝕與疲勞二者將產(chǎn)生彼此促進(jìn)和非線性發(fā)展的耦合損傷效應(yīng)，鋼筋的疲勞極限消失，再小的應(yīng)力幅也能引起不收斂的腐蝕疲勞損傷，并最終導(dǎo)致腐蝕疲勞斷裂[1213]。

為了研究腐蝕與疲勞作用引起的受彎構(gòu)件力學(xué)性能退化行為，試驗(yàn)?zāi)M是一條必要途徑；由于耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，因此要作腐蝕與疲勞長(zhǎng)期共同作用的試驗(yàn)?zāi)M較為困難，幾乎所有相關(guān)研究都作了大幅加速處理，即先進(jìn)行加速腐蝕作用，完成后再進(jìn)行加速疲勞作用。

截至目前，關(guān)于鋼筋腐蝕后混凝土結(jié)構(gòu)疲勞性能退化問(wèn)題的研究主要針對(duì)普通混凝土結(jié)構(gòu)[1418]，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究很少。余芳等[19]對(duì)3根預(yù)應(yīng)力混凝土梁進(jìn)行了鋼絞線腐蝕后的受彎疲勞性能退化特征試驗(yàn)，其中鋼絞線的腐蝕采用通電加速腐蝕方式，腐蝕失重率為0%，4.31%，7.89%；疲勞彎矩幅為靜力極限彎矩的35%。結(jié)果表明：鋼絞線腐蝕會(huì)顯著降低梁的疲勞壽命；在相同疲勞次數(shù)下，腐蝕失重率越大，受拉區(qū)非預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)變和梁的裂縫寬度也越大，但梁跨中撓度受腐蝕失重率的影響并不顯著。余志武等[20]研究了普通鋼筋腐蝕（采用通電加速腐蝕方式）后預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁疲勞破壞形態(tài)及疲勞壽命變化規(guī)律，結(jié)果表明，隨普通鋼筋腐蝕失重率增大，混合配筋合適的預(yù)應(yīng)力混凝土梁疲勞壽命隨之減少，在腐蝕失重率超過(guò)7%以后，容許疲勞壽命會(huì)急劇減少，容許疲勞壽命接近或低于2×106次，且呈現(xiàn)出低周疲勞破壞特征。

1試驗(yàn)方案

考慮到通電加速腐蝕方式形成的鋼筋腐蝕形態(tài)（相對(duì)均勻）與實(shí)際氯鹽環(huán)境引起的鋼筋腐蝕形態(tài)（坑蝕特征更為顯著）之間存在較大差距，本文采用與實(shí)際腐蝕效果更為接近的內(nèi)摻鹽加速腐蝕方式[2122]。首先制作4根不同摻鹽率的鋼絞線預(yù)應(yīng)力混凝土梁試件并放置90 d以產(chǎn)生不同程度的腐蝕，然后對(duì)腐蝕梁試件進(jìn)行疲勞加載損傷直至出現(xiàn)斷絲破壞以獲取疲勞壽命并觀察疲勞破壞特征；同時(shí)，每完成1×105次疲勞作用后進(jìn)行1次靜力加載試驗(yàn)以考察彎曲剛度退化特征，從而綜合考察腐蝕及疲勞對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土梁受彎性能的影響。

1.1腐蝕與疲勞作用設(shè)定及試件編號(hào)

試件腐蝕采用內(nèi)摻鹽加速腐蝕方式，腐蝕作用強(qiáng)度主要通過(guò)變化摻鹽率來(lái)控制，即在試件澆筑時(shí)摻入占水泥質(zhì)量一定百分比的氯化鈉，然后在室內(nèi)自然環(huán)境下腐蝕90 d，其中前28 d灑水養(yǎng)護(hù)。腐蝕期為徐州地區(qū)冬季11月到次年1月，日平均氣溫為0 ℃～10 ℃，日平均空氣相對(duì)濕度為40%～50%。

試件疲勞作用強(qiáng)度按梁內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的疲勞應(yīng)力幅和加載頻率控制，所有試件疲勞應(yīng)力幅和加載頻率均設(shè)定為150 MPa和2 Hz。

本文試驗(yàn)4根梁試件的腐蝕與疲勞作用設(shè)定及試件編號(hào)如表1所示。

表1腐蝕與疲勞作用設(shè)定及試件編號(hào)

Tab.1Settings of Corrosions and Fatigue Actions and

Specimen Numbers試件

編號(hào)腐蝕作用疲勞作用摻鹽率/%腐蝕時(shí)間/d應(yīng)力幅/MPa加載頻率/HzB00901502B15901502B210901502B3159015021.2試件設(shè)計(jì)與制作

本文試驗(yàn)采用150 mm×150 mm×1 700 mm的小型矩形截面預(yù)應(yīng)力混凝土梁試件（圖1）。為考察預(yù)應(yīng)力鋼筋腐蝕引起梁的疲勞性能退化特征，受拉區(qū)縱向受力鋼筋僅采用1根S15.2（1×7）的1860級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絞線并與混凝土直接粘結(jié)接觸；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)截面延性需求另在受壓區(qū)配置3根 14的HRB335級(jí)受壓縱筋；為了確保梁的抗剪能力高于抗彎能力，在三分點(diǎn)加載的2個(gè)端部剪跨段配制2根6@80的HPB235級(jí)箍筋，同時(shí)還在這2個(gè)區(qū)段下部各配置2根6的HPB235級(jí)縱向架立鋼筋。

圖1試件設(shè)計(jì)（單位：mm）

Fig.1Specimen Design （Unit：mm）試件混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，水、水泥、砂、石子的配合比為0.53∶1.00∶1.84∶3.00。水泥采用徐州淮海水泥廠生產(chǎn)的巨龍牌R42.5普通硅酸鹽水泥，砂采用徐州產(chǎn)河砂，石子采用徐州產(chǎn)碎石，其粒徑為10～20 mm，水采用徐州本地普通自來(lái)水。養(yǎng)護(hù)28 d時(shí)實(shí)測(cè)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度平均值為32.4 MPa。腐蝕用鹽采用市場(chǎng)銷(xiāo)售的工業(yè)氯化鈉；鋼絞線采用徐州鋼絞線廠生產(chǎn)的產(chǎn)品，普通鋼筋均來(lái)自市場(chǎng)銷(xiāo)售產(chǎn)品。

考慮到試件截面尺寸較小，為了控制截面預(yù)壓應(yīng)力不要過(guò)大，鋼絞線的有效預(yù)拉應(yīng)力設(shè)定為700 MPa，對(duì)應(yīng)的梁下邊緣混凝土的有效預(yù)壓應(yīng)力為9.6 MPa。

試件制作時(shí)，為使鋼絞線與混凝土直接粘結(jié)接觸以便于腐蝕，需要采用先張法的制作工藝。然而，先張法工藝所形成的兩端預(yù)應(yīng)力傳遞區(qū)段長(zhǎng)度之和將在2 500 mm以上，這對(duì)于僅有1 700 mm長(zhǎng)的短試件來(lái)說(shuō)意味著無(wú)法建立起充分、均勻的有效預(yù)應(yīng)力。為此，本文試驗(yàn)在先張法工藝的基礎(chǔ)上，同時(shí)還在試件2個(gè)端面內(nèi)各設(shè)置1套錨具和墊板（圖1），使得預(yù)應(yīng)力筋在截?cái)嗷乜s過(guò)程中主要依靠錨具和墊板抵壓混凝土端面來(lái)建立有效預(yù)應(yīng)力，如此即可獲得與后張法工藝一樣沿梁長(zhǎng)分布較為均勻和充分的有效預(yù)應(yīng)力?；谶@種工藝及設(shè)定的有效預(yù)拉應(yīng)力，通過(guò)計(jì)算確定張拉控制應(yīng)力為930 MPa。

試件主要制作過(guò)程為：首先在型鋼模板上按照張拉控制應(yīng)力在一端張拉鋼絞線，24 h后在另一端按同樣張拉控制應(yīng)力進(jìn)行補(bǔ)張拉插墊片以減小張拉長(zhǎng)度過(guò)短引起的錨固預(yù)應(yīng)力損失[23]。然后將事先套在模板之內(nèi)鋼絞線上的錨墊板就位并軋緊錨具夾片使其固定在鋼絞線上，再將木制端模板就位并澆筑混凝土，養(yǎng)護(hù)28 d后切斷兩端鋼絞線以使試件獲得有效預(yù)應(yīng)力。

1.3疲勞加載與靜力性能試驗(yàn)方案

試件腐蝕90 d后，立即進(jìn)行疲勞加載損傷。疲勞加載采用李富民等[23]發(fā)明的一種機(jī)械式疲勞試驗(yàn)機(jī)完成，該疲勞試驗(yàn)機(jī)造價(jià)低廉、能耗低、噪聲小，長(zhǎng)期工作性能穩(wěn)定，能同時(shí)進(jìn)行多試件、多幅值疲勞加載試驗(yàn)，加載頻率在3 Hz以?xún)?nèi)無(wú)級(jí)可調(diào)。

本文試驗(yàn)4根梁試件設(shè)定了相同的疲勞應(yīng)力幅和加載頻率，因此采用一套共同的支承和分配系統(tǒng)由疲勞試驗(yàn)機(jī)對(duì)其進(jìn)行同步疲勞加載，加載裝置如圖2所示。每根梁的支承跨度為1 500 mm，2個(gè)三分加載點(diǎn)距各自一端的支承點(diǎn)500 mm。

圖2疲勞加載裝置

Fig.2Fatigue Loading Setup疲勞試驗(yàn)機(jī)直接輸出的是往復(fù)位移作用，該作用可根據(jù)梁試件的剛度換算出往復(fù)力的大小，且對(duì)力傳感器監(jiān)測(cè)值進(jìn)行修正，然后根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土梁正截面受彎理論推算出預(yù)應(yīng)力鋼絞線的應(yīng)力變化范圍。本文疲勞加載試驗(yàn)中，預(yù)應(yīng)力鋼絞線的最低和最高應(yīng)力分別設(shè)定為750 MPa和900 MPa，對(duì)應(yīng)的每根梁兩點(diǎn)荷載之和的最小值和最大值分別為2.4 kN和44 kN。疲勞加載頻率為2 Hz，每天加載約14 h，這樣可以實(shí)現(xiàn)每天疲勞加載1×105次。另外，每疲勞加載1×105次后停機(jī)做1次靜載試驗(yàn)，直至鋼絞線出現(xiàn)疲勞斷裂后停止疲勞加載。

靜力性能試驗(yàn)采用與疲勞加載相同的三分點(diǎn)加載方案，但對(duì)每個(gè)試件分別進(jìn)行獨(dú)立加載及測(cè)試。靜力加載仍然在疲勞加載原位進(jìn)行，采用手動(dòng)千斤頂進(jìn)行加載，機(jī)械式百分表人工讀取并記錄梁的撓度值。每次疲勞加載后的靜力加載均從0 kN開(kāi)始分級(jí)加載，每加載至1，5，10，15，…，40，44 kN（疲勞加載最大荷載值）時(shí)，持荷2 min后讀取百分表讀數(shù)。2彎曲疲勞破壞特征

不管是腐蝕梁還是未腐蝕梁，疲勞加載初期幾個(gè)循環(huán)即導(dǎo)致純彎段全面出現(xiàn)垂直裂縫，平均裂縫間距在150 mm左右，裂縫隨加載、卸載過(guò)程而張開(kāi)和閉合；全程疲勞加載循環(huán)以及靜力加載中，裂縫數(shù)量基本保持恒定，裂縫寬度和深度逐漸緩慢增大，但直到鋼絞線出現(xiàn)疲勞斷裂破壞前裂縫最大寬度也均未超過(guò)0.3 mm，說(shuō)明梁端錨墊板的使用較好地保持了全梁內(nèi)的預(yù)應(yīng)力水平，且預(yù)應(yīng)力鋼絞線保持了良好的彈性性能。

當(dāng)疲勞加載循環(huán)次數(shù)增加到一定數(shù)量時(shí)，鋼絞線鋼絲會(huì)發(fā)生疲勞斷裂；斷絲時(shí)伴隨著清晰可辨的聲響，此即為梁達(dá)到疲勞壽命的標(biāo)志，疲勞加載就此停止。

將破型試件取出鋼絞線，可以觀察到鋼絞線典型的坑蝕特征，如圖3所示。

圖3鋼絞線典型坑蝕特征

Fig.3Typical Pitting Corrosion

Characteristic of Steel Strand鋼絲斷口全部呈現(xiàn)出典型的宏觀脆性斷口特征，斷口附近沒(méi)有明顯頸縮變形，整個(gè)斷口表面清晰可見(jiàn)蝕坑區(qū)、疲勞斷裂區(qū)及瞬斷區(qū)[圖4（a）]，這與腐蝕鋼絞線的靜力拉伸斷口特征明顯不同，后者往圖4腐蝕鋼絞線鋼絲斷口

Fig.4Fractures of Wire in Corroded Steel Strands往呈現(xiàn)出明顯的頸縮變形及銑刀式或杯錐式斷口形貌等典型宏觀延性斷口特征[圖4（b）][25]。

另外，除了所有試件鋼絞線存在1根斷絲之外，有些試件鋼絞線中還存在清晰可見(jiàn)的疲勞裂紋而卻沒(méi)有發(fā)生瞬斷的鋼絲（圖5），說(shuō)明腐蝕鋼絞線在疲勞應(yīng)力作用下會(huì)在多個(gè)部位引起疲勞裂紋的形核和擴(kuò)展，這與未腐蝕鋼筋主要在一處引起疲勞損傷發(fā)展差別明顯。

圖5腐蝕鋼絞線鋼絲疲勞裂紋

Fig.5Fatigue Crack of Wire in Corroded Steel Strand3彎曲疲勞壽命退化特征

本文試驗(yàn)中4根梁的疲勞壽命隨摻鹽率增大而退化的特征如圖6所示。由圖6可以看出，鋼絞線腐蝕對(duì)其疲勞壽命影響非常顯著。隨摻鹽率增加，疲勞壽命呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系退化，即腐蝕程度較輕時(shí)，疲勞壽命即出現(xiàn)迅速縮短的趨勢(shì)，而隨著腐蝕程度圖6疲勞壽命隨摻鹽率增大而退化的特征

Fig.6Degradation Characteristic of Fatigue Life with

Salt Content Increasing逐漸增大，疲勞壽命縮短的速率卻在逐漸減慢。

同所有金屬材料疲勞斷裂問(wèn)題一樣，鋼絞線的疲勞斷裂壽命主要由疲勞裂紋孕育期和擴(kuò)展期共同組成，其中前者占絕大部分；另一方面，鋼絞線在氯鹽腐蝕下具有典型的坑蝕特征，而且即使在輕微腐蝕條件下也能形成較為顯著的蝕坑[26]，這些蝕坑非常有利于疲勞裂紋的孕育和形成，因而大幅縮短孕育期的時(shí)長(zhǎng)，從而大幅縮短整個(gè)疲勞斷裂壽命；與輕微腐蝕相比，更嚴(yán)重的腐蝕主要體現(xiàn)在老蝕坑的長(zhǎng)大和新蝕坑的形成上，而這樣的變化對(duì)加速疲勞裂紋的孕育和形成作用并不顯著，因而對(duì)縮短整個(gè)疲勞斷裂壽命的作用也不顯著。4彎曲剛度退化特征

預(yù)應(yīng)力混凝土梁的彎曲剛度是其正常使用性能的一個(gè)重要指標(biāo)。腐蝕和疲勞單獨(dú)作用都會(huì)引起梁內(nèi)鋼筋和混凝土的損傷，因而都會(huì)引起梁的彎曲剛度退化；對(duì)于已經(jīng)發(fā)生腐蝕的預(yù)應(yīng)力混凝土梁，進(jìn)一步的疲勞作用還會(huì)放大損傷效應(yīng)，這必然會(huì)體現(xiàn)在彎曲剛度退化的特征上。

各試件在不同腐蝕條件和疲勞條件下的荷載撓度曲線分別見(jiàn)圖7，8。疲勞及腐蝕對(duì)最大荷載撓度的影響見(jiàn)圖9。下面據(jù)此分析腐蝕及疲勞作用引起預(yù)應(yīng)力混凝土梁彎曲剛度退化的特征。

圖7試件在不同腐蝕條件下的荷載撓度曲線

Fig.7Loaddeflection Curves of Specimens Under

Different Corrosion Conditions圖8各試件在不同疲勞條件下的荷載撓度曲線

Fig.8Loaddeflection Curves of Specimens Under

Different Fatigue Conditions圖9疲勞和腐蝕對(duì)最大荷載撓度的影響

Fig.9Influences of Fatigue and Corrosion on

Deflection Under Maximum Load（1）各摻鹽率試件在不同疲勞次數(shù)下的荷載撓度曲線均由一個(gè)較為明顯的過(guò)渡區(qū)將其分為剛度不同的2段，前半段剛度大于后半段。該過(guò)渡區(qū)對(duì)于未經(jīng)受疲勞作用的試件荷載撓度曲線[圖8（a）]而言，應(yīng)是開(kāi)裂引起的剛度速變；對(duì)于經(jīng)受過(guò)疲勞作用的試件荷載撓度曲線[圖8（b），（c），（d）]，由于疲勞荷載已經(jīng)導(dǎo)致試件開(kāi)裂，因而應(yīng)是消壓引起的剛度速變。另外，疲勞作用對(duì)試件荷載撓度曲線后半段的形狀帶來(lái)較為明顯的變化，未經(jīng)受過(guò)疲勞作用的試件持續(xù)向撓度軸彎曲，體現(xiàn)了塑性變形發(fā)展的特征；經(jīng)受過(guò)疲勞作用的試件基本呈直線形狀，說(shuō)明前期的疲勞作用已經(jīng)消除了受壓區(qū)混凝土的塑性變形，從而使整個(gè)試件呈現(xiàn)近似彈性的工作特征。

（2）隨疲勞次數(shù)增大，各摻鹽率試件的荷載撓度曲線均呈現(xiàn)出向撓度軸方向旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)（圖7），同時(shí)，最大荷載撓度也隨之增大[圖9（a）]。這說(shuō)明疲勞作用會(huì)引起預(yù)應(yīng)力混凝土梁的彎曲剛度衰減。前文已述及，疲勞作用可以消除受壓區(qū)混凝土的塑性變形而使其處于近似彈性工作狀態(tài)，因此，梁整體剛度退化并非來(lái)自材料剛度的退化，而應(yīng)來(lái)自疲勞引起裂縫深度擴(kuò)展繼而引發(fā)截面剛度的衰減。

（3）隨摻鹽率的增大，各疲勞次數(shù)下試件的荷載撓度曲線均呈現(xiàn)出向撓度軸方向旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)（圖8），同時(shí)最大荷載撓度也隨之增大[圖9（b）]。這說(shuō)明氯鹽的腐蝕作用會(huì)引起預(yù)應(yīng)力混凝土梁的彎曲剛度衰減。本文試驗(yàn)所有試件濕養(yǎng)護(hù)28 d時(shí)，混凝土孔隙液仍接近飽和狀態(tài)，摻入的氯化鈉也處于溶解狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生孔隙壓力，因此，此時(shí)摻鹽試件與不摻鹽試件的強(qiáng)度和彈性模量基本一致；放置90 d的過(guò)程中，所有試件混凝土孔隙水必然會(huì)逐漸減少，從而引起部分摻入的氯化鈉出現(xiàn)結(jié)晶而在混凝土孔隙內(nèi)產(chǎn)生結(jié)晶壓力，這會(huì)引起混凝土的損傷而降低其彈性模量；另一方面，鋼筋的腐蝕也會(huì)產(chǎn)生銹脹力，這也會(huì)引起混凝土彈性模量降低。上述2個(gè)方面應(yīng)是氯鹽引起彎曲剛度衰減的主要原因。

（4）腐蝕作用和疲勞作用愈強(qiáng)，二者疊加引起的剛度退化也愈顯著，如圖7，8所示，隨摻鹽率或疲勞次數(shù)的增大，相鄰疲勞次數(shù)曲線之間或相鄰摻鹽率曲線之間的間距總體呈增大趨勢(shì)；由圖9可知，隨摻鹽率或疲勞次數(shù)的增大，最大荷載撓度隨疲勞次數(shù)或摻鹽率增大的速率（曲線斜率）也在增大。這都從不同角度驗(yàn)證了上述剛度退化特征。5結(jié)語(yǔ)

（1）采用與實(shí)際氯鹽環(huán)境腐蝕效果更為接近的內(nèi)摻鹽加速腐蝕方式進(jìn)行腐蝕，鋼絞線表現(xiàn)出典型的坑蝕特征，從而引起預(yù)應(yīng)力混凝土梁彎曲疲勞性能顯著退化。

（2）全程疲勞作用下，腐蝕梁裂縫數(shù)量基本保持恒定，裂縫寬度和深度逐漸緩慢增大。

（3）腐蝕鋼絞線在疲勞應(yīng)力作用下會(huì)在多根鋼絲、多個(gè)部位引起疲勞裂紋的形核和擴(kuò)展，其中必有1根鋼絲發(fā)生了疲勞斷裂而成為梁疲勞破壞的標(biāo)志，此時(shí)還有一些鋼絲具有清晰的疲勞裂紋但卻沒(méi)有發(fā)生最終瞬斷。鋼絲疲勞斷口全部呈現(xiàn)出典型的宏觀脆性斷口特征，斷口表面清晰可見(jiàn)蝕坑區(qū)、疲勞斷裂區(qū)及瞬斷區(qū)。

（4）鋼絞線腐蝕對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土梁的疲勞壽命影響非常大，隨著摻鹽率增加，疲勞壽命呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系退化，當(dāng)腐蝕程度較弱時(shí)，疲勞壽命即出現(xiàn)迅速縮短的趨勢(shì)，但隨著腐蝕程度逐漸增大，疲勞壽命縮短的速率卻在逐漸減慢。

（5）腐蝕鋼絞線預(yù)應(yīng)力混凝土梁疲勞損傷后的荷載撓度曲線由一個(gè)較為明顯的過(guò)渡區(qū)將其分為剛度不同的2段，前半段剛度大于后半段，且由于疲勞作用消除了受壓區(qū)混凝土的塑性變形，導(dǎo)致后半段曲線形狀也近似呈直線。

（6）氯鹽的腐蝕作用與疲勞作用均會(huì)引起預(yù)應(yīng)力混凝土梁的彎曲剛度衰減。氯鹽作用和疲勞作用愈強(qiáng)，二者疊加引起梁的剛度退化也愈顯著。參考文獻(xiàn)：

References：[1]李富民，鄧天慈，王江浩，等.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究綜述[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2015，32（2）：120.

LI Fumin，DENG Tianci，WANG Jianghao，et al.Review of Research on Durability of Prestressed Concrete Structures[J].Journal of Architecture and Civil Engineering，2015，32（2）：120.

[2]LARSON N A，BAYRAK O，JIRSA J O.Effects of Alkalisilica Reaction and Delayed Ettringite Formation on Anchorage of Prestressing Strands in Trapezoidal Box Beams with Dapped Ends[J].PCI Journal，2012，57（3）：119131.

[3]曹大富，秦曉川，袁沈峰.凍融后預(yù)應(yīng)力混凝土梁受力全過(guò)程試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2013，46（8）：3844.

CAO Dafu，QIN Xiaochuan，YUAN Shenfeng.Experimental Study on Mechanical Behaviors of Prestressed Concrete Beams Subjected to Freezethaw Cycles[J].China Civil Engineering Journal，2013，46（8）：3844.

[4]朱蘭芳，曹大富.預(yù)應(yīng)力混凝土梁受硫酸鹽腐蝕后的力學(xué)性能研究[J].混凝土，2009（6）：2830.

ZHU Lanfang，CAO Dafu.Mechanics Property of Prestressed Concrete Beams After Corrosion of Sulphate[J].Concrete，2009（6）：2830.

[5]李富民，袁迎曙，杜健民，等.氯鹽腐蝕鋼絞線的受拉性能退化特征[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，39（2）：340344.

LI Fumin，YUAN Yingshu，DU Jianmin，et al.Deterioration of Tensile Behavior of Steel Strands Corroded by Chloride[J].Journal of Southeast University：Natural Science Edition，2009，39（2）：340344.

[6]LI F M，YUAN Y S.Effects of Corrosion on Bond Behavior Between Steel Strand and Concrete[J].Construction and Building Materials，2013，38：413422.

[7]李富民，袁迎曙.腐蝕鋼絞線預(yù)應(yīng)力混凝土梁的受彎性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2010，31（2）：7884.

LI Fumin，YUAN Yingshu.Experimental Study on Bending Property of Prestressed Concrete Beams with Corroded Steel Strands[J].Journal of Building Structures，2010，31（2）：7884.

[8]ROGERS R A，WOTHERSPOON L，SCOTT A，et al.Residual Strength Assessment and Destructive Testing of Decommissioned Concrete Bridge Beams with Corroded Pretensioned Reinforcement[J].PCI Journal，2012，57（3）：100118.

[9]朱爾玉，王冰偉，周勇政，等.酸雨對(duì)預(yù)應(yīng)力體系腐蝕的試驗(yàn)研究[J].水利學(xué)報(bào)，2012，43（11）：13651372.

ZHU Eryu，WANG Bingwei，ZHOU Yongzheng，et al.Experimental Study of Acid Rain Corrosion to the Prestressed System[J].Journal of Hydraulic Engineering，2012，43（11）：13651372.

[10]CORONELLI D，CASTEL A，VU N A，et al.Corroded Posttensioned Beams with Bonded Tendons and Wire Failure[J].Engineering Structures，2009，31（8）：16871697.

[11]李富民，袁迎曙，王波，等.腐蝕鋼絞線預(yù)應(yīng)力混凝土梁受彎承載力評(píng)估[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2011，32（2）：1016.

LI Fumin，YUAN Yingshu，WANG Bo，et al.Evaluating on Flexural Strength of Prestressed Concrete Beams with Corroded Steel Strands[J].Journal of Building Structures，2011，32（2）：1016.

[12]ACI.Corrosion of Prestressing Steels[R].Farmington Hills：ACI，2001.

[13]SALAS R M，SCHOKKER A J，WEST J S，et al.Corrosion Risk of Bonded，Posttensioned Concrete Elements[J].PCI Journal，2008，53（1）：89107.

[14]王海超，貢金鑫，曲秀華.鋼筋混凝土梁腐蝕后疲勞性能的試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2005，38（11）：3237，101.

WANG Haichao，GONG Jinxin，QU Xiuhua.An Experimental Study on the Fatigue Behavior of Corroded Reinforced Concrete Beams[J].China Civil Engineering Journal，2005，38（11）：3237，101.

[15]YI W J，KUNNATH S K，SUN X D，et al.Fatigue Behavior of Reinforced Concrete Beams with Corroded Steel Reinforcement[J].ACI Structural Journal，2010，107（5）：526533.

[16]吳瑾，王晨霞，徐賈，等.疲勞荷載下銹蝕鋼筋混凝土梁彎曲性能試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2012，45（10）：118124.

WU Jin，WANG Chenxia，XU Jia，et al.Study on Flexural Behavior of Corroded Reinforced Concrete Beams Under Fatigue Loads[J].China Civil Engineering Journal，2012，45（10）：118124.

[17]唐小祝，于衛(wèi)國(guó).預(yù)應(yīng)力混凝土上拱度分析及控制[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2011，28（10）：267269.

TANG Xiaozhu，YU Weiguo.Analysis and Control of Deflection Upwards of Prestressed Concrete[J].Road Machinery & Construction Mechanization，2011，28（10）：267269.

[18]KASHANI M M，ALAGHEBAND P，KHAN R，et al.Impact of Corrosion on Lowcycle Fatigue Degradation of Reinforcing Bars with the Effect of Inelastic Buckling[J].International Journal of Fatigue，2015，77：174185.

[19]余芳，賈金青，宋玉普.鋼絞線腐蝕后的部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁抗彎疲勞性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2012，42（1）：97100.

YU Fang，JIA Jinqing，SONG Yupu.Experimental Research on Fatigue Behavior of Prestressed Concrete Beams with Corroded Steel Strands[J].Building Structure，2012，42（1）：97100.

[20]余志武，李進(jìn)洲，宋力.普通鋼筋銹蝕后預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁疲勞試驗(yàn)研究[J].公路交通科技，2014，31（4）：6472，93.

YU Zhiwu，LI Jinzhou，SONG Li.Experimental Study on Fatigue Behaviors of PC Bridge Beams with Corroded Steel Bars[J].Journal of Highway and Transportation Research and Development，2014，31（4）：6472，93.

[21]YUAN Y S，JI Y H，SHAH S P.Comparison of Two Accelerated Corrosion Techniques for Concrete Structures[J].ACI Structural Journal，2007，104（3）：344347.

[22]李富民，袁迎曙.氯鹽環(huán)境下混凝土內(nèi)鋼絞線的銹蝕特性試驗(yàn)研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，3（4）：2328.

LI Fumin，YUAN Yingshu.Corrosion Behaviour of Steel Strand in Concrete Under Chloride Environment[J].Journal of Railway Science and Engineering，2006，3（4）：2328.

[23]李富民.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的若干試驗(yàn)技術(shù)[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，28（2）：3340.

LI Fumin.Some Experimental Techniques for Study of the Durability of PC Structures[J].Journal of Xuzhou Institute of Technology：Natural Sciences Edition，2013，28（2）：3340.

[24]李富民，范力，袁迎曙.一種加載疲勞試驗(yàn)機(jī)：中國(guó)，CN 102262004 A[P].20111130.

LI Fumin，F(xiàn)AN Li，YUAN Yingshu.A Load Fatigue Test Machine：China，CN 102262004 A[P].20111130.

[25]李富民，袁迎曙.銹蝕鋼絞線的靜力拉伸斷裂特性[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，37（5）：904909.

LI Fumin，YUAN Yingshu.Fracture Behaviour of Corroded Steel Strands Under Static Tension[J].Journal of Southeast University：Natural Science Edition，2007，37（5）：904909.

[26]李富民，袁迎曙.氯鹽腐蝕鋼絞線蝕坑幾何尺寸的分布特征[J].煤炭學(xué)報(bào)，2011，36（11）：18261831.

LI Fumin，YUAN Yingshu.Distributing Character of Size of Pits on Steel Strands Corroded by Chloride[J].Journal of China Coal Society，2011，36（11）：18261831.