腐蝕對橋梁、海洋工程或沿海岸結構的耐久性影響巨大。在氯離子的侵蝕下，鋼筋表面堿性保護膜逐漸破壞，鋼筋開始生銹。鋼筋腐蝕造成混凝土保護層剝落，腐蝕將會進一步加劇。
    另外，橋梁、海洋平臺等結構由于長期承受反復動載作用，會對鋼筋造成疲勞損傷。當鋼筋腐蝕與疲勞損傷耦合后，梁的使用壽命大幅下降。工程師面臨著科學評估在腐蝕環境下承受疲勞損傷結構的壽命及選用合理加固方式的問題。
    FRP是加固鋼筋混凝土結構的選材料之一，具有高強度重量比、高耐久性、方便施工、高抗疲勞性能等優點。有許多人研究了FRP加固未腐蝕混凝土梁的性能^[1~5]，由于疲勞試驗費用昂貴，目前關于FRP加固腐蝕鋼筋混凝土梁疲勞性能的報導很少。2005年，作者研究了芳綸纖維布(AFRP)加固鋼筋混凝土梁的疲勞性能^[1]。結果表明，AFRP加固混凝土梁，使其壽命明顯延長。本文詳細報道了文獻[2]中關于纖維片材加固腐蝕鋼筋混凝土梁疲勞性能的研究成果，為加固維修已腐蝕受損傷橋梁等結構提供了試驗數據，具有重要的參考價值。本文對部分腐蝕梁加固后直接進行疲勞試驗，部分腐蝕梁加固后再進行二次腐蝕，與一次腐蝕到同一腐蝕率梁的疲勞壽命進行比較，以研究FRP的防腐作用。試件為足尺寸，腐蝕程度分輕、中和重度三種^[2]。
1 試驗研究
    10根152×254×3200mm的RC梁。試件分為四組：組為一根未腐蝕未加固標準梁；第二組為未加固的腐蝕梁,三個梁腐蝕程度不同(輕,中,重)。當鋼筋質量損失為5％、10%、15％時，分別稱為輕、中、重度腐蝕；第三組為2個試件，腐蝕至質量損失為5%(輕度腐蝕),然后用FRP布加固,兩種加固方式,I和Ⅱ型,I型為U型加固,II型為抗彎加固；第四組研究FRP加固梁再次腐蝕后的性能，4個試件腐蝕至縱筋質量損失至5%，然后加固。其中2個試件再次腐蝕至中度，2個試件腐蝕至重度。試件情況見下表1。

      
1.1 試件情況
    試件截面尺寸152×254mm，長3200mm，縱筋由2根Ⅲ級鋼筋(直徑16mm)，混凝土保護層33mm，2根直徑8mm的架立筋。箍筋為直徑8mm的光面筋，在剪彎段間距88mm，純彎段333mm，其保護層厚度25mm。
    對鋼筋混凝土梁采用加速腐蝕方法。用一根直徑16mm不銹鋼作陰極，置于梁底88mm處，只讓純彎段的縱筋腐蝕，這樣模擬工程中使梁沿長方向非均勻腐蝕的情況。腐蝕使純彎段內縱筋疲勞應力幅增大，對疲勞不利。
    為使腐蝕發生在純彎段，將重量為水泥2.15％的鹽拌于長1400mm、高100mm純彎段混凝土中，其余部分不放鹽。
    為防止讓腐蝕純彎段與不讓腐蝕的剪切段相交處縱筋發生斷裂破壞，放2根8mm光面鋼筋，長320mm，緊靠縱筋。所放置的2根8mm鋼筋面積為原縱筋面積的25%(大于質量損失15％)。
    在箍筋表面涂防腐涂料，使其與縱筋隔離，防止電流通過而腐蝕。[-page-]
1.2 材料性能
    放鹽與不放鹽混凝土28d時平均抗壓強度為37MPa，抗拉強度為3.3MPa。Ⅲ級鋼筋的屈服強度和極限強度分別為440MPa和585MPa，光面鋼筋的屈服強度和極限強度分別為340MPa和500MPa。
1.3 加速腐蝕
    為使混凝土梁在短時間內腐蝕，采用加速腐蝕方式。給縱筋通電使其加速腐蝕，電流強度O140μA/cm，用通過鋼筋的電流強度除表面積求得。用大尺寸的容器放置試件，腐蝕過程中，試件處于濕氣環境，并用干濕循環(濕2.5d,干燥1d)，對試件提供氧和水分。
1.4 FRP的加固方式
    兩種加固方式。第I種，用GFRP布U型包裹；第Ⅱ種，受拉區用CFRP縱向加固，并用GFRP布U型包裹梁。 FRP力學性能指標列于表2中。

         
    由于梁腐蝕至5%時，混凝土梁表面有寬1mm的縱向裂縫，應對此梁裂縫進行密封處理，用膠等材料對縱向裂縫進行密封，防止水份進入。圖1和圖2分別為FRP加固方案I和方案II示意圖。

           
1.5 疲勞加載試驗
    希望梁為縱筋疲勞斷裂，為使混凝土梁在有限壽命下破壞，使用了較高的疲勞加載。疲勞大、小荷載分別為54kN和6kN。加載上限為標準梁極限承載力的85%。在控制梁中產生名義大、小拉應力分別為363MPa和40MPa，應力比為0.11。
    疲勞加載平均值為30kN，正弦波加載，加載幅為48kN。頻率為1.7Hz，該頻率模擬橋梁動載情況。
    梁跨度為3m，四點疲勞加載，加載點到支座距離為1m。疲勞加載時應防止發生在加載平面外的振動。
1.6 鋼筋質量損失的測量
    采用ASTM(2002)G1-90方式，以測定鋼筋腐蝕量，計算腐蝕率。[-page-]
2 試驗結果
2.1 質量損失
    對于未加固梁縱筋損失率分別為5.5%、9.2%和12.5%，分別為輕、中和重度腐蝕。對于FRP加固梁，其質量損失率分別為5.5%、9.0%和10.5％，它們比未加固減少約16%。這種減少是由于FRP阻止水分擴散和氧氣進入混凝土中，即FRP降低了鋼筋腐蝕速率，對鋼筋具有防腐保護效用。
2.2 疲勞試件破壞形態
    所有疲勞試驗梁破壞均是由于縱筋斷裂引起的。對Ⅱ型抗彎加固梁，當梁中縱筋斷裂后，出現FRP布突然破壞。由于縱筋疲勞斷裂后，原縱筋承擔的拉力全部傳給了FRP，引起FRP突然破壞。Ⅱ型抗彎加固梁破壞模式仍為彎曲疲勞破壞。由于混凝土梁為縱筋疲勞斷裂破壞，腐蝕使縱筋疲勞壽命明顯減少。
    表3列出了疲勞壽命，在疲勞開始、結束時撓度和混凝土受壓邊緣壓應變值。

    
2.3 腐蝕率對疲勞性能的影響
    圖3所示為疲勞壽命與質量損失率的關系，反映了腐蝕率對疲勞壽命的影響規律。由圖3可以看出，輕度腐蝕會造成明顯的疲勞壽命降低。抗彎加固對疲勞壽命的提高幅度比U型加固顯著許多。

              
    對于腐蝕未加固梁，輕、中和重度腐蝕，疲勞壽命比未腐蝕梁分別下降67％、75％和78%，對于質量損失為5.5%的輕度腐蝕，疲勞壽命就有明顯下降。但進一步腐蝕對壽命的影響不再顯著。[-page-] 
    如圖4所示，對于5.5%的質量損失，可看到在縱向肋處有坑，增大了應力集中。蝕坑造成了疲勞壽命明顯下降。對于中度腐蝕，腐蝕坑深度不再明顯增大，應力集中程度不再明顯加劇，因而疲勞壽命稍有下降，可能是鋼筋面積降低引起的。對于腐蝕梁用FRP布U型加固，比未加固梁疲勞壽命增大8％。對于質量損失5.5%的抗彎加固混凝土梁,其疲勞壽命比其未加固梁提高110%,這是由于梁底受拉區表面粘切FRP布,降低了縱筋中的應力幅，延長了梁的疲勞壽命。對于抗彎加固，中度腐蝕，用FRP加固后疲勞壽命比其未加固梁延長152%；重度腐蝕，疲勞壽命延長188％。

       
3 疲勞壽命的比較與分析
    筆者對芳綸布預應力和非預應力加固混凝土梁的疲勞壽命進行了試驗研究^[1]。非預應力AFRP布加固梁的梁端粘貼兩道100mm寬的AFRP布U形箍，間距為100mm，層數為1層，以防止縱向AFRP布在梁端發生早期脫粘破壞。預應力布加固梁的工藝為先在布的兩端安裝錨具,在梁上安裝永久固定支架,然后打磨梁底混凝土、涂刷底膠，底膠硬化后將布固定端錨具與梁上的固定支架連接,在梁底涂刷粘結膠,將布的張拉端錨具安裝到固定支架上，以梁上固定支架為反力架對布進行張拉，達到張拉控制應力后將張拉端錨具固定在支架上，在布外側再次涂刷樹脂膠，使布與混凝土充分粘結，后進行粘結膠養護。試驗梁的編號及預應力水平見表4。表中PSB45-2的“-2”指第2根梁。

      
    疲勞加載大值P^f_max為標準梁極限承載力70%，加載頻率為4.6Hz，梁疲勞壽命的實測值列于表4。
    由表4可見，在相同疲勞荷載下，預應力比非預應力加固梁的疲勞壽命明顯提高，且隨預應力水平提高，疲勞壽命提高。與非預應力梁疲勞壽命相比較，試件PSB45預應力水平為45%，平均疲勞壽命提高33%；預應力水平為55%時，疲勞壽命提高63%；預應力水平為65%時，疲勞壽命提高74%。這主要是由于預應力FRP減低了縱筋中疲勞應力幅，提高了梁抗彎剛度。相同疲勞荷載下，預應力水平越高，縱筋應力幅值越小。
    比較表3和表4可以看出，未腐蝕梁的疲勞壽命明顯高于腐蝕梁。表4中預應力加固梁的疲勞壽命大于200萬次,而表3中的CFRP加固腐蝕梁(11-RⅡ)的疲勞壽命只有23萬次,明顯低于預應力加固未腐蝕梁PSB45或PSB65梁。
4 結論
    (1)當輕度腐蝕引發蝕坑后，將引起RC梁疲勞壽命顯著下降，但進一步腐蝕對疲勞壽命的影響不再顯著；
    (2)無論腐蝕程度如何，I型(U型包裹)加固梁對梁疲勞壽命的改善效果不明顯；
    (3)CFRP抗彎加固腐蝕梁的疲勞壽命是其未加固梁的2.5倍。采用抗彎加固方式,減少了縱筋中疲勞應力幅，疲勞壽命比未加固梁明顯延長；
    (4)預應力FRP布加固混凝土梁的疲勞壽命比非預應力加固梁明顯提高，預應力水平越大，疲勞壽命越長。
                    參考文獻
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