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第二節 模型驗證
為了解二維桁架模型於腐蝕梁之可行性，本節將分析結果與腐蝕試體之實驗資料 進行比較，試體相關資料含材料試驗結果可參考本報告第三章。目視實驗試體前4 根 橫向鋼筋有嚴重之集中腐蝕發生，故分析時除設定橫向鋼筋均勻腐蝕條件外，並將此 集中腐蝕區域之橫向鋼筋桿件取消，模擬橫向鋼筋斷裂情形(如圖 4-12 所示)。分析模 型中使用之鋼筋與混凝土性質則如圖 4-13 與 4-14 所示。分析結果則如圖 4-15、4-16 及 4-17 所示。本研究亦將各曲線之最大受力位置與受力極限值(定義最大受力值 80%
處為結構破壞點)列表進行比較，如表4-2、4-3、4-4 及 4-5 所示。
6 根橫向鋼筋均勻腐蝕進行分析，無橫向鋼筋斷裂
6 根橫向鋼筋均勻腐蝕，前 4 根橫向鋼筋斷裂進行分析
6 根橫向鋼筋均勻腐蝕，前 6 根橫向鋼筋斷裂進行分析 圖4-12 二維桁架模型(含橫向鋼筋斷裂)
含腐蝕橫向鋼筋的梁構件
4-14
圖4-13 鋼筋之應力-應變曲線
圖4-14 混凝土抗壓之應力-應變曲線
應變
0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010
應力 (MPa)
0 100 200 300 400 500 600
#9鋼筋腐蝕率0%
#4鋼筋腐蝕率0%
#4鋼筋腐蝕率12.37%
應變
0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035
應力 (MPa)
0 10 20 30 40 50
箍筋腐蝕率 0% 之圍束混凝土 箍筋腐蝕率12.37%之圍束混凝土 無圍束混凝土
第四章 腐蝕梁有限元素分析模型
圖4-15 以 6 根橫向鋼筋均勻腐蝕，無橫向鋼筋斷裂設定之力量-位移曲線
圖4-16 以 6 根橫向鋼筋均勻腐蝕，前 4 根橫向鋼筋斷裂設定之力量-位移曲線
Drift (%)
0 2 4 6 8 10 12 14
Applied load (KN)
0
Applied load (KN)
0
含腐蝕橫向鋼筋的梁構件
4-16
圖4-17 以 6 根橫向鋼筋均勻腐蝕，前 6 根橫向鋼筋斷裂設定之力量-位移曲線 (圖中 Bt-3、Bt-6、Bt-11、Bt-12、Bt-16 之曲線重疊)
表4-2 試驗之遲滯包絡線
Applied load (KN)
0
第四章 腐蝕梁有限元素分析模型
含腐蝕橫向鋼筋的梁構件
4-18
表4-5 以 6 根橫向鋼筋均勻腐蝕，前 6 根橫向鋼筋斷裂設定 受力最大值
(kN)
最大 Drift (%)
受力極限值 (kN)
極限 Drift (%)
Bt-0 289.63 2.08 231.70 4.36
Bt-3 267.30 2.08 213.84 6.46
Bt-6 267.30 2.08 213.84 6.46
Bt-11 267.30 2.08 213.84 6.46
Bt-12 267.30 2.08 213.84 6.46
Bt-16 267.30 2.08 213.84 6.46
Bt-35 281.68 2.50 225.35 6.09
前6 根橫向鋼筋均勻腐蝕模型，降伏位置與包絡線相近，且隨著橫向鋼筋腐蝕率 之增加結構破壞越早發生。前4 根橫向鋼筋斷裂模型，無論最大值或是破壞點皆無特 別規律，但曲線漸漸趨近一致。前6 根橫向鋼筋斷裂模型，可看出除了 Bt-0 與 Bt-35 之外，其他腐蝕率之模型曲線幾乎一致，代表結構體前6 根橫向鋼筋是控制力量-位移 曲線之主要因素。以模擬試體之分類比較如圖 4-18、4-19、4-20、4-21、4-22、4-23 及4-24 所示。
第四章 腐蝕梁有限元素分析模型
圖4-18 Bt-0 之分析結果
Drift (%)
0 2 4 6 8 10 12
Applied load (KN)
0
Applied load (KN)
0
含腐蝕橫向鋼筋的梁構件
Applied load (KN)
0
Applied load (KN)
0
第四章 腐蝕梁有限元素分析模型
圖4-22 Bt-12 之分析結果
Drift (%)
0 2 4 6 8 10 12
Applied load (KN)
0
Applied load (KN)
0
含腐蝕橫向鋼筋的梁構件
Applied load (KN)
0
第五章 以腐蝕速率變化推估鋼筋腐蝕量
第五章 以腐蝕速率變化推估鋼筋腐蝕量
影響鋼筋混凝土構件壽命的因子很多，本研究僅針對鋼筋腐蝕對性能的折減來探 討其生命週期。為建立腐蝕梁的生命週期曲線，前提之一即是建立監測鋼筋混凝土腐 蝕的方式。然而，決定混凝土中的鋼筋腐蝕速率及腐蝕量並不容易，因此本研究針對 目前常見的腐蝕量測技術包括開路電位法及直流極化法來探討鋼筋腐蝕機率、速率與 實際重量損失之間的相關性，最後再結合前述性能評估的結果提出建立腐蝕梁生命週 期曲線的方法。
自然環境下，鋼筋混凝土建築構件之腐蝕速率緩慢，不易於本研究時程內實施所 提出之非破壞性量測方法來長期獲得試驗數據。因此，本研究利用加速鋼筋腐蝕的方 式來量測鋼筋之腐蝕速率，希望藉由此非破壞性檢測所得之腐蝕速率來推求腐蝕量。
除此之外，再比較所計算之腐蝕量與實際重量損失量，以評估該非破壞性腐蝕量測法 的適用性。
本研究第一部份的縮尺寸試驗係先將鋼筋浸泡於 3.5 %的氯化鈉水溶液中以加速 腐蝕，於不同浸泡時間後量測鋼筋之腐蝕速率變化，並將結果對時間積分來推算鋼筋 的腐蝕量，並比較實際重量損失量，據此評估由腐蝕速率推算腐蝕量的可靠性。於第 二部份的足尺寸試驗時，以前述章節中的梁結構構件浸泡於5 %的氯化鈉水溶液中並 通電加速腐蝕，於不同通電時間下量測鋼筋之腐蝕速率變化，並同樣地將結果對時間 積分來推算鋼筋的腐蝕量，此方式預期較縮尺試驗更能適用於現地量測。
第一節 腐蝕速率試驗