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【摘要】在地震作用下，混凝土中的钢筋会受到重复拉伸荷载的作用，本文对锈蚀钢筋进行了重复拉伸荷载试验，分析了锈蚀对钢筋力学性能的影响，并以此为基础建立了锈蚀钢筋本构关系模型，探讨了锈蚀钢筋的本构关系。
【关键词】重复拉伸荷载；锈蚀钢筋；力学性能；本构关系
前言：
钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的重要原因，混凝土结构耐久性损伤后，其抗震能力会下降，在腐蚀作用和地震作用下，不仅会影响居住的舒适性，同时对混凝土结构的安全性和耐久性也有着影响。当前对锈蚀钢筋力学性能的研究主要集中在单调荷载方面，而在地震的作用下，混凝土中的钢筋结构可能会受到重复荷载的作用。基于以上，本文简要探讨了重复拉伸荷载下锈蚀钢筋的力学性能及本构关系。
1重复拉伸荷载试验
1.1制作试件
采用十二根直径为16毫米的HRB400级钢筋，其长度一致，锈蚀率分别为0、3%、6%、9%……33%。在实验之前，实验前对钢筋进行称重，将钢筋浇筑在混凝土板内，之后外加直流电源进行加速腐蚀，以此达到实际工程锈蚀条件。在锈蚀完成后去除锈蚀钢筋，按照性能和耐久性实验方法标准来计算钢筋的锈蚀率，一般来说，截面损失最严重的部位会发生界面破坏，因此本文选取载面修饰率为主要研究对象。
1.2试验方法
选取电液伺服材料试验机以及数据自动采集仪为试验设备，采用力控制加载的方式来进行重复拉伸加载试验，在钢筋达到屈服力以前，设定荷载的增幅为定值，在钢筋达到屈服力之后，对荷载增幅进行较少，直到钢筋破坏为止。采用重复荷载加载机进行加载试验，通过钢筋实践单调拉伸力学性能可以得出，没有锈蚀的钢筋其屈服力为89.1kN，其极限荷载为113.3kN，在受到锈蚀之后，其极限荷载会出现降低，因此设置如下加载机制：如果程序荷载比60kN小，设定加载增幅为20kN，加载到60kN后进行卸载，卸载到0kN之后加载，如果程序设定荷载超过了60kN时，将加载的增幅设定为5kN，当加载到设定荷载之后进行卸载，之后继续加载，知道钢筋拉断为止，循环和在最大值及完全卸载处将持荷设定为6s，此时荷载处于稳定，对钢筋的应变进行基隆路，并以锈蚀截面面积和荷载为基础进行钢筋试件弹性模量的计算，钢筋试件拉断之后用游标卡尺量取伸长量，计算钢筋试件的伸长率。
1.3结果分析
1.3.1形态破坏
在钢筋试件断裂之后，没有出现锈蚀的钢筋试件的断面出现了颈缩现象，而对于出现锈蚀的钢筋试件来说，随着锈蚀率的提升，这种颈缩现象逐渐不明显，钢筋试件的破坏为脆性破坏状态。随着锈蚀程度的提升，混凝土板面会出现锈胀裂缝，这些裂缝分布均匀，这使得钢筋试件出现不均匀的锈蚀，从而产生坑蚀，在加载的过程中，钢筋试件所受的应力集中，因此出现脆性破坏而导致断裂。
1.3.2荷载与变形
不同锈蚀的钢筋试件其荷载变形曲线是不尽相同的，通过钢筋试件的滞回曲线能够得出其荷载一位移曲线骨架线，根据钢筋试件荷载一位移曲线骨架线可知，随着锈蚀率的提升，钢筋试件的变形能力降低，而钢筋试件的极限荷载和屈服荷载则随着锈蚀率的提升而逐渐减小，当锈蚀率达到20%左右的时候，屈服现象基本消失。
2锈蚀钢筋力学性能分柝
根据钢筋试件的力学性能汇总结果，对重复荷载下钢筋力学性能进行分析，通过分析可知，在重复荷载下，随着锈蚀程度的增加，钢筋试件的屈服强度以、伸长率、弹性模量以及极限强度逐渐降低，其中钢筋试件的实际屈服强度和极限强度随锈蚀程度增加而降低的程度较小，但钢筋的伸长率和屈服强度则随着锈蚀程度的增加而快速退化，由此可见，在重复荷载下，锈蚀对钢筋的廷性有着较大的影响。对其原因进行分析，在混凝土中，钢筋的锈蚀分布并不均匀，有的区域还存在着坑蚀的现象，这种不均匀的分布以及坑蚀深度的增加使得钢筋出现十分明显的廷性退化现象，此外，钢筋的锈蚀会导致其内部材料晶格出现一定程度的变化，这也是導致锈蚀钢筋出现翠性破坏的重要原因之一。
3重复荷载下锈蚀钢筋本构关系分析
在重复荷载实验中，对没有锈蚀的钢筋试件进行单调拉伸试验，将重复荷载骨架曲线与单调荷载骨架曲线进行对比，如图1所示。
由钢筋荷载一变形骨架曲线对比图可知，在弹性阶段，重复荷载和单调荷载下的荷载位移曲线基本一致，二者强化段斜率基本一致，此外，相较于单调荷载下荷载位移曲线而言，重复荷载下的曲线更早的进入到强化阶段，（如图1中的实线所示），此外其屈服台阶段长度要更短以下，破坏位移也要更小以下，在重复荷载下，钢筋试件的延展性有着一定程度的降低。锈蚀钢筋在重复荷载下，如果采用单调荷载下的本构关系进行计算，则可能出现结构计算延性比实际值偏大的问题，从而影响了安全性。
根据上文中分析的重复荷载实验力学性能变化可知，钢筋在锈蚀之后，其力学性能出现退化是客观存在的，锈蚀率越大，钢筋的变形能力退化越严重，屈服平台缩短，当钢筋的修饰率达到20%的时候，屈服平台消失。根据锈蚀钢筋的这一个特征，建立三折线模型……当钢筋锈蚀率比20%低的时候，选取图2所示的模型，当钢筋锈蚀率比20%高的时候，选取图3所示的模型。
当锈蚀率比20%小的时候，可以假设屈服平台长度与钢筋的锈蚀率成反比例线性变化，以此来确定屈服平台长度，之后计算出强化应变，20%则为屈服平台消失的锈蚀率临界点，没有修饰钢筋强化应变为屈服应变的四倍，屈服平台应变为屈服应变的三倍，在钢筋出现锈蚀之后，引入锈蚀率来分析锈蚀对钢筋的影响。通过重复拉伸荷载试验结果可知，在加载的过程中，钢筋的应变变化与钢筋的伸长率变化的趋势基本相同，对于没有锈蚀的钢筋来说，其极限应变为屈服应变的25倍，在钢筋出现锈蚀之后，将锈蚀率引进来修正锈蚀对钢筋的影响。
根据图2及图3的本构关系模型，以上述特征参数确定方法为依据，可以得出钢筋应力一应变曲线随着锈蚀率变化的图形，如图4所示。
从锈蚀钢筋应力一应变曲线图中可知，当锈蚀率小于20%的时候，锈蚀率的增加会导致钢筋变形性能降低，而屈服平台则随着锈蚀率的增加逐渐减小，在锈蚀率达到20%的时候，屈服平台消失，这与重复拉伸荷载试验的结果相同，此外，在锈蚀程度增加的过程中，屈服点会逐渐变得模糊，越来越不明显，直到荷载达到钢筋极限荷载的时候，钢筋会出现脆性断裂。
结语：
本文以锈蚀钢筋的重复拉伸荷载试验为基础，对锈蚀钢筋的力学性能和本构关系进行了分析，主要分析了锈蚀对钢筋力学性能的影响，以及在锈蚀作用下，钢筋本构关系的变化，通过分析主要得出以下结论：
（1）在混凝土中的钢筋，其出现的锈蚀分布并不均匀，混凝土中的部分区域可能会出现坑蚀的现象，这种不均匀的分布以及坑蚀的深度会对钢筋的延性产生影响，分布的越不均匀，坑蚀深度越大，则钢筋的延性退化表现的越明显。此外，钢筋锈蚀会使得其内部材料晶格出现一定程度的变化，这也是导致修饰钢筋出现脆性断裂的一个重要原因。
（2）钢筋锈蚀会影响其变形能力，且屈服平台会缩短，在破坏的过程中，随着屈服平台的缩短，其颈缩现象逐渐不明显，钢筋的锈蚀率与其力学性能和弹性模量有着一定的关系，锈蚀率越大，锈蚀对钢筋力学性能的影响越大，弹性模量降低的速度也越大，因此其对钢筋延性的影响也就越大。此外，在重复拉伸荷载作用下，钢筋锈蚀程度与其耗能性能有着一定的关系，随着锈蚀程度的提升，钢筋耗能性能会逐渐降低，这就使得结构转丧失存储能量的能力，影响了其抗震性能，在地震发生的时候，钢筋很可能出现脆性断裂的情况。
（3）本文以重复荷载试验为基础，建立了锈蚀钢筋的本构关系模型，对钢筋的本构关系进行了分析，分析结果与锈蚀钢筋的重复荷载试验结果一致。
【关键词】重复拉伸荷载；锈蚀钢筋；力学性能；本构关系
前言：
钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的重要原因，混凝土结构耐久性损伤后，其抗震能力会下降，在腐蚀作用和地震作用下，不仅会影响居住的舒适性，同时对混凝土结构的安全性和耐久性也有着影响。当前对锈蚀钢筋力学性能的研究主要集中在单调荷载方面，而在地震的作用下，混凝土中的钢筋结构可能会受到重复荷载的作用。基于以上，本文简要探讨了重复拉伸荷载下锈蚀钢筋的力学性能及本构关系。
1重复拉伸荷载试验
1.1制作试件
采用十二根直径为16毫米的HRB400级钢筋，其长度一致，锈蚀率分别为0、3%、6%、9%……33%。在实验之前，实验前对钢筋进行称重，将钢筋浇筑在混凝土板内，之后外加直流电源进行加速腐蚀，以此达到实际工程锈蚀条件。在锈蚀完成后去除锈蚀钢筋，按照性能和耐久性实验方法标准来计算钢筋的锈蚀率，一般来说，截面损失最严重的部位会发生界面破坏，因此本文选取载面修饰率为主要研究对象。
1.2试验方法
选取电液伺服材料试验机以及数据自动采集仪为试验设备，采用力控制加载的方式来进行重复拉伸加载试验，在钢筋达到屈服力以前，设定荷载的增幅为定值，在钢筋达到屈服力之后，对荷载增幅进行较少，直到钢筋破坏为止。采用重复荷载加载机进行加载试验，通过钢筋实践单调拉伸力学性能可以得出，没有锈蚀的钢筋其屈服力为89.1kN，其极限荷载为113.3kN，在受到锈蚀之后，其极限荷载会出现降低，因此设置如下加载机制：如果程序荷载比60kN小，设定加载增幅为20kN，加载到60kN后进行卸载，卸载到0kN之后加载，如果程序设定荷载超过了60kN时，将加载的增幅设定为5kN，当加载到设定荷载之后进行卸载，之后继续加载，知道钢筋拉断为止，循环和在最大值及完全卸载处将持荷设定为6s，此时荷载处于稳定，对钢筋的应变进行基隆路，并以锈蚀截面面积和荷载为基础进行钢筋试件弹性模量的计算，钢筋试件拉断之后用游标卡尺量取伸长量，计算钢筋试件的伸长率。
1.3结果分析
1.3.1形态破坏
在钢筋试件断裂之后，没有出现锈蚀的钢筋试件的断面出现了颈缩现象，而对于出现锈蚀的钢筋试件来说，随着锈蚀率的提升，这种颈缩现象逐渐不明显，钢筋试件的破坏为脆性破坏状态。随着锈蚀程度的提升，混凝土板面会出现锈胀裂缝，这些裂缝分布均匀，这使得钢筋试件出现不均匀的锈蚀，从而产生坑蚀，在加载的过程中，钢筋试件所受的应力集中，因此出现脆性破坏而导致断裂。
1.3.2荷载与变形
不同锈蚀的钢筋试件其荷载变形曲线是不尽相同的，通过钢筋试件的滞回曲线能够得出其荷载一位移曲线骨架线，根据钢筋试件荷载一位移曲线骨架线可知，随着锈蚀率的提升，钢筋试件的变形能力降低，而钢筋试件的极限荷载和屈服荷载则随着锈蚀率的提升而逐渐减小，当锈蚀率达到20%左右的时候，屈服现象基本消失。
2锈蚀钢筋力学性能分柝
根据钢筋试件的力学性能汇总结果，对重复荷载下钢筋力学性能进行分析，通过分析可知，在重复荷载下，随着锈蚀程度的增加，钢筋试件的屈服强度以、伸长率、弹性模量以及极限强度逐渐降低，其中钢筋试件的实际屈服强度和极限强度随锈蚀程度增加而降低的程度较小，但钢筋的伸长率和屈服强度则随着锈蚀程度的增加而快速退化，由此可见，在重复荷载下，锈蚀对钢筋的廷性有着较大的影响。对其原因进行分析，在混凝土中，钢筋的锈蚀分布并不均匀，有的区域还存在着坑蚀的现象，这种不均匀的分布以及坑蚀深度的增加使得钢筋出现十分明显的廷性退化现象，此外，钢筋的锈蚀会导致其内部材料晶格出现一定程度的变化，这也是導致锈蚀钢筋出现翠性破坏的重要原因之一。
3重复荷载下锈蚀钢筋本构关系分析
在重复荷载实验中，对没有锈蚀的钢筋试件进行单调拉伸试验，将重复荷载骨架曲线与单调荷载骨架曲线进行对比，如图1所示。
由钢筋荷载一变形骨架曲线对比图可知，在弹性阶段，重复荷载和单调荷载下的荷载位移曲线基本一致，二者强化段斜率基本一致，此外，相较于单调荷载下荷载位移曲线而言，重复荷载下的曲线更早的进入到强化阶段，（如图1中的实线所示），此外其屈服台阶段长度要更短以下，破坏位移也要更小以下，在重复荷载下，钢筋试件的延展性有着一定程度的降低。锈蚀钢筋在重复荷载下，如果采用单调荷载下的本构关系进行计算，则可能出现结构计算延性比实际值偏大的问题，从而影响了安全性。
根据上文中分析的重复荷载实验力学性能变化可知，钢筋在锈蚀之后，其力学性能出现退化是客观存在的，锈蚀率越大，钢筋的变形能力退化越严重，屈服平台缩短，当钢筋的修饰率达到20%的时候，屈服平台消失。根据锈蚀钢筋的这一个特征，建立三折线模型……当钢筋锈蚀率比20%低的时候，选取图2所示的模型，当钢筋锈蚀率比20%高的时候，选取图3所示的模型。
当锈蚀率比20%小的时候，可以假设屈服平台长度与钢筋的锈蚀率成反比例线性变化，以此来确定屈服平台长度，之后计算出强化应变，20%则为屈服平台消失的锈蚀率临界点，没有修饰钢筋强化应变为屈服应变的四倍，屈服平台应变为屈服应变的三倍，在钢筋出现锈蚀之后，引入锈蚀率来分析锈蚀对钢筋的影响。通过重复拉伸荷载试验结果可知，在加载的过程中，钢筋的应变变化与钢筋的伸长率变化的趋势基本相同，对于没有锈蚀的钢筋来说，其极限应变为屈服应变的25倍，在钢筋出现锈蚀之后，将锈蚀率引进来修正锈蚀对钢筋的影响。
根据图2及图3的本构关系模型，以上述特征参数确定方法为依据，可以得出钢筋应力一应变曲线随着锈蚀率变化的图形，如图4所示。
从锈蚀钢筋应力一应变曲线图中可知，当锈蚀率小于20%的时候，锈蚀率的增加会导致钢筋变形性能降低，而屈服平台则随着锈蚀率的增加逐渐减小，在锈蚀率达到20%的时候，屈服平台消失，这与重复拉伸荷载试验的结果相同，此外，在锈蚀程度增加的过程中，屈服点会逐渐变得模糊，越来越不明显，直到荷载达到钢筋极限荷载的时候，钢筋会出现脆性断裂。
结语：
本文以锈蚀钢筋的重复拉伸荷载试验为基础，对锈蚀钢筋的力学性能和本构关系进行了分析，主要分析了锈蚀对钢筋力学性能的影响，以及在锈蚀作用下，钢筋本构关系的变化，通过分析主要得出以下结论：
（1）在混凝土中的钢筋，其出现的锈蚀分布并不均匀，混凝土中的部分区域可能会出现坑蚀的现象，这种不均匀的分布以及坑蚀的深度会对钢筋的延性产生影响，分布的越不均匀，坑蚀深度越大，则钢筋的延性退化表现的越明显。此外，钢筋锈蚀会使得其内部材料晶格出现一定程度的变化，这也是导致修饰钢筋出现脆性断裂的一个重要原因。
（2）钢筋锈蚀会影响其变形能力，且屈服平台会缩短，在破坏的过程中，随着屈服平台的缩短，其颈缩现象逐渐不明显，钢筋的锈蚀率与其力学性能和弹性模量有着一定的关系，锈蚀率越大，锈蚀对钢筋力学性能的影响越大，弹性模量降低的速度也越大，因此其对钢筋延性的影响也就越大。此外，在重复拉伸荷载作用下，钢筋锈蚀程度与其耗能性能有着一定的关系，随着锈蚀程度的提升，钢筋耗能性能会逐渐降低，这就使得结构转丧失存储能量的能力，影响了其抗震性能，在地震发生的时候，钢筋很可能出现脆性断裂的情况。
（3）本文以重复荷载试验为基础，建立了锈蚀钢筋的本构关系模型，对钢筋的本构关系进行了分析，分析结果与锈蚀钢筋的重复荷载试验结果一致。