原研究的学术报告
主要作者及研究机构
文章由 Alberto Meda（University of Rome Tor Vergata, Italy）、Serena Mostosi（Tecnochem Italiana S.p.A., Italy）、Zila Rinaldi（University of Rome Tor Vergata, Italy）和 Paolo Riva（University of Bergamo, Italy）联合完成，并发表于期刊 *Engineering Structures*，第76期（2014年），页码112–123。Zila Rinaldi是通讯作者。
学术背景
本研究聚焦于钢筋混凝土（Reinforced Concrete, RC）结构的耐久性问题，特别是钢筋腐蚀对RC柱在循环载荷下结构行为的影响。钢筋腐蚀是导致钢筋混凝土结构劣化的主要原因之一，会引起结构承载力的降低、屈服及崩塌机制的变化，还会显著减小结构延性。尤其是在地震活跃区，这种延性下降可能成为潜在的安全隐患。
随着20世纪60至70年代建造的大量钢筋混凝土结构接近设计寿命，低强度混凝土和腐蚀钢筋的影响愈发显著。然而，现有的结构承载力预测模型大多使用简化方法（如钢筋截面积减少模型），这些方法可能低估了腐蚀对局部和整体延性的影响。因此，研究钢筋腐蚀对RC柱循环性能的影响至关重要。本研究的主要目标是通过全尺寸实验分析并量化钢筋腐蚀对RC柱循环性能的影响，为抗震规范和未来设计提供理论依据。
研究流程
本文研究可分为两个主要阶段：1. 钢筋腐蚀校准实验；2. 含腐蚀钢筋的RC柱循环性能测试。
钢筋腐蚀校准及单根钢筋实验
- 研究对象：9根ø16毫米、长600毫米的裸钢筋（bare bars），以及埋入混凝土中的钢筋。
- 实验设计：通过电解法完成人工加速腐蚀。裸钢筋被浸泡在3%盐溶液中，电流密度为50 mA/cm²。记录腐蚀前后钢筋的质量并评估质量损失（mass loss）作为腐蚀指数。
- 实验目标：检查腐蚀形态（morphology），分析钢筋受力—应变行为及腐蚀对钢筋本构关系的影响。
- 关键实验方法：使用适配的法拉第定律（Faraday’s law）预测腐蚀所需时间，同时对腐蚀后的钢筋进行拉伸实验，测量其屈服强度、极限强度及极限应变。
人工腐蚀埋入钢筋
- 研究对象：两个1.5米高、截面为300毫米×300毫米的RC柱，分别命名为D和E柱，每柱含4根ø16毫米的纵向钢筋。
- 腐蚀方法：采取类似裸钢筋的电解法，盐溶液高度达到柱身1米，并用法拉第定律修正混凝土对腐蚀过程的影响。
- 实验目标：验证埋入钢筋的局部腐蚀特性及其机械性能的变化。钢筋应力-应变特性通过拉伸实验获得。
RC柱循环载荷实验
- 研究对象：两个RC柱（命名为UC和CC），其中CC柱有20%理论质量损失的腐蚀，UC柱作为未受腐蚀的对照。
- 结构设计：两柱采用与意大利20世纪60至70年代建筑相似的典型低强度混凝土（立方抗压强度为20 MPa）和B500C钢筋（屈服强度520 MPa，抗拉强度620 MPa）。
- 加载方式：设置400 kN的轴向压力，叠加逐步增大的水平循环位移，记录变形和荷载直至破坏。
- 监测设备：通过多组电位计和LVDT装置测量水平位移、柱底转角和基座滑动。
主要研究结果
裸钢筋与埋入钢筋的腐蚀校准测试
- 裸钢筋20%质量损失的腐蚀，导致屈服应力平均减少40%，极限应力减少30%，同时塑性平台几乎消失。
- 埋入钢筋的腐蚀表现出更强的局部性（pitting corrosion），坑槽腐蚀导致极限应变平均减少约70%。
RC柱循环载荷测试
- 对比UC柱和CC柱，腐蚀柱（CC）峰值抗剪强度降低约26%，最大水平位移减小50%。
- CC柱荷载-漂移变形曲线表现出更早的强度退化及刚度降低，具体表现为循环滞回曲线的收缩和斜率减小。
- 腐蚀柱的能量耗散指数显著高于非腐蚀柱，表明其内能耗散量因预先存在的腐蚀损伤显著增加。
- 两柱均未发生剪切破坏，而是呈现延性屈服破坏特征。
腐蚀对裂缝形态的影响
- 腐蚀柱基底的纵向开裂自腐蚀阶段开始，延伸贯穿柱全高，裂缝宽度在循环载荷下进一步增加。
- 表层混凝土在较小的漂移变形情况下即发生剥落，最终钢筋发生塑性屈服及局部屈曲。
研究结论
本文通过系统实验展示了钢筋腐蚀对RC柱动力性能的显著影响，定量评估表明20%质量损失的腐蚀使构件延性和强度显著下降。这一研究结果对地震活跃区老旧RC结构的校核设计具有重要参考价值。本研究的主要意义在于提供了实验数据支持现有模型中腐蚀影响的改进，并为未来针对腐蚀RC结构的设计、修复及抗震性能评估提供依据。
研究亮点
- 本研究首次通过全尺寸RC柱循环载荷测试系统地量化腐蚀对延性及强度的影响。
- 针对埋入钢筋和RC柱腐蚀形态分别进行了详细校准及研究，验证了混凝土中的腐蚀坑蚀现象。
- 调整并修正了法拉第定律预测钢筋腐蚀时间的系数（k值），提供了更准确的测试控制参数。
附加内容
本文研究为进一步开发考虑延性与腐蚀联合影响的抗震分析方法提供了新的实验依据，也为老旧RC结构的磨损评估和维修策略的优化提供了重要指导。