2022年度进展07：混凝土及钢-混凝土组合结构桥梁耐久性

引言

桥梁结构的长期服役过程中面临着各种复杂的环境作用（如温湿度、有害离子侵蚀等），这些环境作用将会引起混凝土及钢材的损伤及劣化导致混凝土桥及钢-混组合桥的服役性能退化，进而引起桥梁结构的耐久性问题。对于混凝土桥及钢混组合桥的耐久性问题可分为以下三个部分：混凝土材料的耐久性问题、钢梁的耐久性问题、剪力连接件的耐久性问题。本文从桥梁材料损伤机理及结构整体性能变化出发，总结桥梁耐久性的评估方法及桥梁结构耐久性提升措施。首先从材料方面梳理了今年来对于混凝土桥梁材料耐久性机理研究及复杂服役环境下混凝土材料的性能提升方法；随后着眼于钢混组合桥梁剪力键的锈蚀问题探讨了其对结构行为及服役寿命的影响，梳理了研究重点的变化；最后从桥梁结构整体出发，总结了环境或极端温度对组合结构桥梁服役性能的影响。

1.混凝土桥梁耐久性研究

1.1	桥梁混凝土材料耐久性机理研究

混凝土桥梁中混凝土材料的耐久性能是决定桥梁长期服役性能的重要因素之一。混凝土的耐久性主要受到混凝土建筑结构的外部服役环境及其自身龄期的影响。随着社会的高速发展，在高寒、盐渍土等服役环境较为恶劣地区的桥梁建设工程日益增多，因此严酷环境下混凝土材料的耐久性能逐渐引起业界同行的关注。

针对服役环境对桥梁混凝土耐久性相关机理的研究主要集中在混凝土冻融循环方面。混凝土在冻融循环过程中的破坏主要产生在混凝土中水泥石与骨料交界的薄弱区。为深入探明混凝土冻融循环的破坏过程及机理，Song等^[1]通过抗压性能、超声波声速和相对动弹性模量等性能测试结合微结构表征技术研究了冻融循环条件下水泥石、骨料和水泥石-骨料界面过渡区（ITZ）对透水混凝土力学性能对话的影响机理。冻融循环过程中，透水混凝土在3%氯化钠溶液中力学性能和弹性模量的损伤比水中的更加严重。当冻融循环次数小于100次时，冻融循环导致的透水混凝土力学性能损伤能可通过调控水泥净浆的水灰比来缓解。微观分析结果表明，透水混凝土在冻融环境下的性能劣化主要是由于骨料和ITZ的性能差异以及膨胀应力导致的骨料和水泥石界面剥离。Xiang等^[2]通过试验检测与离散元数值模拟方法研究了透水混凝土的抗冻融性能，并且建立了冻融循环损伤预测模型。研究发现，在100次冻融循环后，透水混凝土中水泥石的孔隙结构和力学性能没有明显的改变，水泥石-骨料的界面缺陷随着冻融循环的次数增加而增多，因此，透水混凝土在冻融循环条件下的性能劣化与水泥石-骨料的界面损伤程度有紧密的联系。

然而在桥梁实际服役过程中，除环境温度变化的影响，环境中的有害离子对混凝土的长期服役性能也会产生显著的影响。同时冻融循环与有害离子对混凝土材料的侵蚀会产生一定的叠加效应，从而加速混凝土耐久性能的劣化。针对多因素叠加条件下混凝土耐久性能的退化机理，不同学者展开了相关的研究，Xu等^[3]基于工程实际服役环境，利用室内腐蚀试验研究了混凝土柱轴向受压、冻融、硫酸盐侵蚀复杂环境下的破坏机理。研究通过质量损失测试、相对动弹性模量测试等手段量化分析了混凝土柱的耐久性损伤性能，并提出了混凝土柱在多因素下的综合损伤是由于混凝土在轴向受压、冻融、硫酸盐侵蚀复杂环境下耐久性能的劣化主要是由于硫酸盐冷冻和侵蚀产物的膨胀力以及气-液和气-晶体间的压力差超出了材料强度导致了混凝土中水泥石、骨料、界面区域以及孔隙结构的破坏，如图1.1所示。

                                           

图1.1 盐冻复杂环境下混凝土劣化机理^[3]

同时，该研究建立了混凝土桥墩的分层损伤模型（如图1.2），阐明了混凝土柱的破坏过程依次是水泥石的剥落、水泥石-骨料界面的微裂缝萌生、侵蚀产物的沉积和裂缝的进一步扩展。

图1.2 混凝土桥墩分层损伤模型示意图^[3]

李林洁等^[4]针对处于寒冷地区海洋或除冰盐环境下的混凝土冻融破坏及氯离子侵蚀相互作用问题，通过数值模拟的方法分析了冻融循环对混凝土内离子传输的影响。研究考虑孔溶液浓度和孔隙结构提出了混凝土中孔溶液结冰率计算模型，并在此模型基础上，进一步构建了冻融-离子传输多项数值模型。模型分析结果表明，混凝土冻融循环次数的增加会提升混凝土的离子浓度与结冰率；氯离子在混凝土中的传输受到冻融的持续时长和冻融温度的影响；混凝土中孔溶液的结冰温度和结冰率随着外界盐溶液浓度的增加呈下降趋势，然而，氯离子的传输则会呈上升趋势从而加速混凝土在冻融环境下的劣化。

1.2	桥梁混凝土耐久性提升方法

为提升桥梁混凝土的耐久性，研究人员对混凝土采取了不同的提升技术，其中主要的方法有利用矿物掺合料改性、纤维增强以及纳米材料改性。本章节梳理总结了2022年针对混凝土耐久性提升的主要技术方法的相关研究。

1.2.1 矿物掺合料改性

矿物掺合料是目前常用的混凝土添加剂，通常矿物掺合料在混凝土中能够替换部分水泥熟料并优化水泥基材料的服役性能。混凝土中常采用的矿物掺合料以矿渣、粉煤灰、硅灰等具有火山灰反应属性的材料为主。Chofore等^[5]研究了硬化失效水泥与矿渣混合掺料对高性能混凝土抗压强度、抗弯性能、劈裂抗拉强度以及耐久性能的影响。该研究通过扫描电子显微镜进行了微结构分析并发现失效水泥与矿渣混合掺料能够有效的填充水泥石中的孔隙形成更为致密的水泥石微结构（图1.3）。致密结构能够增强水泥石的力学性能并有效阻止有害离子向高性能混凝土内部侵入，从而提升了高性能混凝土的力学性能以及耐久性能。

                                              图1.3 混掺水泥试样（80%水泥和20%失效水泥与矿渣混掺料）扫描电子显微镜图像^[5]

De Oliveira等^[6]利用炼铜炉渣替代部分水泥制备绿色环保混凝土材料，研究了该混凝土的力学性能和耐久性指标（总吸水率和毛细吸附性能）发现混凝土中含有5%和10%矿渣的试样与参照组相比吸水率更低，其中掺杂5% 矿渣试样的毛细吸附率能降低63%，从而有效提升了混凝土材料的耐久性能。Ghostine等^[7]研究了标准、干燥、低温养护条件对不同矿渣提升混凝土耐久性能（孔隙率、渗透性、吸水性）的影响。实验结果表明在标准养护条件下混凝土中掺入45%的矿渣能够有效提高混凝土耐久性相关性能，其中混凝土渗透性降低和吸水性分别减小了17%和18%。该研究利用毛细吸附试验结果利用马尔科夫链蒙特卡洛方法计算了不同矿渣掺量砂浆的透水特性，建立了水泥砂浆透水特性评估预测模型。Van Tuoi等^[8]利用天然火山灰添加剂提升混凝土在海水环境下的力学和耐久性能。研究发现，15%的天然火山灰添加剂内有有效减少混凝土试样在硫酸盐溶液中的膨胀率，火山灰反应消耗Ca(OH)2形成更加密实分布的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶从而降低了水分及有害离子（Cl^-, SO4^2-等）向混凝土内部的迁移，提升了抗渗透与抗酸性离子侵蚀的性能。Choi等^[9]研究了海水暴露环境下不同矿物添加剂对水泥砂浆机械性能、耐久性和微观结果的影响。海水暴露环境在短期内对水泥砂浆的抗弯性能与耐久性相关性能够产生有利的影响，然而该影响无法长期持续。水泥砂浆抗弯性能在海水环境下短期提升的具体原因目前尚不明确，然而微观分析结果表明，在海水暴露环境下添加硅灰和偏高岭土以及对照组的水泥砂浆在50–200 µm范围内的孔隙有明显的降低，该现象被认为对水泥砂浆抗弯性能的提升起到促进作用。另一方面，偏高岭土中的铝能够缓解由海水中离子所导致地水泥砂浆碱骨料反应产生的基体膨胀，从而有效地降低了海水暴露条件下水泥砂浆抗压性能的损失以及提升其抗弯性能。Mark等^[10]研究了感应炉熔渣和采石场石粉对高性能自密实混凝土力学性能和耐久性的影响。感应炉熔渣和采石场石粉颗粒尺寸小，在高性能自密实混凝土中能够起到微观填充作用。其中，具有反应活性的感应炉熔渣可与水化产物中的氢氧化钙反应生成水化硅酸钙，从而进一步填充混凝土中的微观孔隙。结果表明，感应炉熔渣和采石场石粉有效提升了自密实混凝土的力学性能和电阻率并降低了混凝土的吸水性和孔隙率，因此，增加了高性能自密实混凝土的耐久性能。该研究提出在高性能自密实混凝土中，感应炉熔渣和采石场石粉的掺量分别为20%和50%时是其优化配合比。矿物掺合料除了直接用于替换水泥熟料以外，也可用于对混凝土中的固废集料进行表面改进，从而提升混凝土的耐久性能。da Silva等^[11]利用废旧轮胎橡胶颗粒替代了高性能混凝土中7.5%，15%和30%的细砂，研究了表面改性橡胶颗粒对高性能混凝土力学性能和耐久性能的影响。为提升橡胶高性能混凝土力学及耐久性能，橡胶颗粒表面采用碳酸钙和硅灰进行了处理。结果表明，橡胶的表面处理能够减小橡胶颗粒与水泥石之间的接触面积，增加了混凝土与橡胶间的粘结性能，并降低了材料的吸水性能与孔隙指数，从而有效提升了橡胶高性能混凝土的电阻率、抗氯离子渗透、抗碳化性能，改善了高性能混凝土在侵蚀环境下的耐久性能。

从以上研究中可以看出，矿物掺合料对混凝土性能的改善主要是通过自身提填充作用以及火山灰反应促进水化产物的生成，从而使混凝土的孔隙结构致密化降低混凝土的吸水性，抑制外界离子像混凝土内部迁移导致混凝土性能劣化。

1.2.2 纤维增强

混凝土中纤维的添加能够有效增强混凝土的韧性，短纤维在混凝土中的桥接作用能够有效的缓解混凝土内部的裂缝扩展并减轻混凝土在服役过程中的劣化程度。Yan Wang等^[12]考虑分形维数、数量、曲折度和形状因子等定量参数研究了钢-聚丙烯混合纤维增强混凝土的气孔特征，基于粗糙集理论分析了钢-聚丙烯纤维增强混凝土的气孔特征与材料渗透性和抗盐冻融性能的关系。研究发现钢-聚丙烯混合纤维增能够减少混凝土中的气孔的总含量、间距系数、平均弦长以及总弦长，然而气孔的数量自己比表面积却显著增加。在盐冻融环境下混合纤维的添加能够阻止由于微裂缝导致的大孔隙相互联通，将大孔隙分为小孔隙，显著减少孔隙尺寸，降低由于结冰导致的孔隙压力从而提升混凝土的抗渗透以及抗盐冻融性能（图1.4）。

                                             

图1.4 盐冻融循环条件下纤维对混凝土气孔结构的改善作用

(a)素混凝土  (b) 纤维增强混凝土^[12]

张秉宗等^[13]研究了干湿循环、冻融循环、盐溶液侵蚀共同作用环境下聚丙烯纤维混凝土耐久性的退化过程。混凝土中的聚丙烯纤维能够减少混凝土在复盐溶液中循环导致的混凝土剥落，具有0.9kg/m³聚丙烯纤维掺量的聚丙烯纤维混凝土在复盐溶液循环条件下的质量损失比为掺杂纤维的混凝土降低了3.61%。在介观尺度层面上，聚丙烯纤维对孔隙结果的改善作用存在局限性，在混凝土劣化过程中的加速阶段，聚丙烯纤维能够减缓混凝土中点的毛细孔和非毛细孔的产生。细观层面的分析表明混凝土在复盐溶液循环条件下开裂以及劣化的主要原因是侵蚀产物在孔隙处的生成所导致的，聚丙烯纤维的掺杂对侵蚀产出的生成并无抑制作用。Liu等^[14]在钢纤维混凝土中添加了不同量的氧化石墨烯以改善其性能，耐久性试验的结果表明氯离子的穿透深度较基准最多降低56.8%，100次冻融循环后质量损失和相对动态模量损失分别仅为4.5%和32.6%。微观结构表征的数据显示氧化石墨烯的主要作用是促进早期水化反应，从而修复基体微观缺陷并增强钢纤维与基体的结合。丁亚红等^[15]采用快速碳化的方法研究了玄武岩纤维掺量和再生粗骨料取代率对再生混凝土抗碳化性能的影响，发现掺入玄武岩纤维可以有效地提高再生混凝土的抗碳化性能，同时采用扫描电子显微镜对其微观结构进行观测，并结合扩散理论揭示了碳化损伤机制。牛荻涛等^[16]测试了玄武岩-聚丙烯混合纤维增强混凝土的气孔结构，发现玄武岩纤维、聚丙烯纤维以及玄武岩-聚丙烯混合纤维的掺入将使累计气孔含量增大。细观分析结果表明纤维形成的网络结构对混凝土拌合过程中气泡合并产生的抑制作用是混凝土中大孔隙区和超大孔隙区气孔面分形维数增大的主要原因。Li等^[17]研究了玄武岩-聚丙烯混合纤维增强混凝土在盐雾环境中的氯离子扩散特性，明确了混凝土强度、纤维添加形式和含量对孔隙溶液pH值和氯化物浓度的影响，并对侵蚀前后的孔隙结构、物相组成和微观形貌进行了研究，总结了玄武岩纤维和聚丙烯纤维对侵蚀前后氯离子扩散过程的影响规律。甘磊等^[18]开展不同质量分数硫酸盐溶液干湿循环作用下玄武岩纤维混凝土侵蚀试验、强度试验和微观测试，分析了微观结构的演变规律（图1.5），并建立玄武岩纤维混凝土强度演化模型。结果表明在混凝土中掺入玄武岩纤维可有效减缓其性能在硫酸盐溶液干湿循环侵蚀下劣化进程。张广泰等^[84]研究了荷载-硫酸盐共同作用下聚丙烯纤维混凝土柱的偏心受压性能，结果表明加入聚丙烯纤维可有效抑制硫酸盐的侵蚀作用，在此基础上考虑聚丙烯纤维和硫酸盐腐蚀的影响，建立了最大裂缝宽度计算公式，其理论计算值与试验值吻合较好。

图1.5 不同侵蚀阶段玄武岩纤维混凝土SEM 微观扫描电镜图^[18]

在考虑环境保护以及成本等因素的前提下，学者们开始尝试应用天然纤维对混凝土性能进行改善，De Azevedo等^[19]尝试用天然木质素纤维——Curaua纤维增强水泥-石灰砂浆性能，利用氢氧化钠溶液对Curaua纤维进行预处理，并应用于配合比为1:1:6:0.8（水泥：石灰：细砂：水灰比）的砂浆。该研究分析了Curaua纤维增强砂浆的抗氯离子和硫酸根侵蚀性能、干湿循环耐久性能、抗崩解耐久性能。结果发现添2%的Curaua纤维能够有效减少砂浆的裂缝产生及发展，缓解有害离子向砂浆试样内部侵入，并且提升不同环境条件下砂浆的耐久性能。

1.2.3 纳米材料改性

随着纳米技术的日渐成熟，越来越多的纳米材料也被用于在混凝土材料中，用于提升其耐久性以及其他性能。Cuenca等^[20]研究了晶体添加剂和纳米材料（纳米铝纤维和纤维素纳米晶体）协同作用对超高性能纤维增强混凝土在腐蚀性化学离子暴露条件下耐久性以及自修复能力的影响。纳米材料的添加细化了孔隙结构、促进了水泥水化、从本质上提升了水泥基材料在氯离子侵蚀环境下的耐久性以及降低了水分在材料内的迁移。纳米材料对超高性能混凝土材料性能的提升不受养护环境条件的影响。同时，在超高性能混凝土开裂的状态下，纳米铝纤维和纤维素纳米晶体有效提升试样在地热水中的自修复和自愈合能力。

Zeng等^[21]基于微结构表征与数值分析研究了氧化石墨烯对加气砂浆冻融循环耐久性能的影响。当氧化石墨烯掺量达到0.03%的优化掺量时，加气混凝土的抗冻性和抗压性能可分别提升18.9%和41.9%。结果指出，引气剂和氧化石墨烯的添加能够减小气泡间距系数，然而孔隙率则会呈现增加的趋势。研究通过考虑冻融循环过程中氧化石墨烯对砂浆内水分迁移和成核规律构建了温度-渗流-力学耦合模型用来预测砂浆的冻融破坏，并基于试验数据进行了模型验证。试验与数值分析结果表明在分散程度良好的前提下，砂浆的抗冻性能能够随着氧化石墨烯含量的增加而持续提升，因此，提升氧化石墨烯在水泥基材料中的分散技术将有助于显著提高氧化石墨烯增强水泥基材料的性能。

Ramezani等^[22]从力学性能、微观结构、膨胀变形等方面研究了原始碳纳米管（纵横比800）和羧基化碳纳米管（纵横比2500）两种碳纳米管对水泥砂浆碱-硅反应的影响。试验结果表明掺量为0.1%的原始碳纳米管能够将碱-硅反应导致地14天水泥砂浆膨胀变形降低73%，同时将28天抗压强度、抗折强度、静态弹性模量和动态弹性模量分别提升22%，36%，54%和22%。如图1.6所示，碳纳米管额掺入能够有效填充水化硅酸钙（C-S-H）凝胶间的孔隙从而降低微观孔隙率。分散良好的碳纳米管是C-S-H形成致密的网络结构提高了水泥石与骨料间的界面粘结性。因此，水泥石-骨料界面过渡区的晶体氢氧化钙的形成被抑制，降低了C-S-H中的Ca/Si比，从而提升其自身与碱性离子的结合能力。由图1.6 (b)可见，碱-硅反应产物会导致水泥石与骨料间产生裂缝，碳纳米管能够对这些微裂缝起到桥接作用（图1.6 (c)）。同时，在碳纳米管表面可观察到水泥水化产物的形成，表明碳纳米管可作为水化反应的成核位点（图1.6 (c)）。碳纳米管对水泥砂浆抗碱-硅反应提升机理可总结为以下几点：①抑制微裂纹扩展；②细化试样微观孔隙结构；③通过改变碱-硅反应凝胶成分降低孔隙溶液碱度。

                                             

图1.6 碳纳米管增强水泥材料暴露在强氧化钠溶液中暴露28天后的微观结构^[22]

刘方等^[23]利用不同粒径尺寸及掺量的纳米材料（纳米SiO2和纳米TiO2）对混凝土进行性能提升，通过试验测试分析了纳米改性混凝土在复杂环境下冻融损伤的特性及规律。纳米材料能够对混凝土内部孔隙结构进行改善和优化，粒径为15nm的材料对混凝土耐久性能的改善相较于粒径为30 nm的材料更为明显。另外，与纳米TiO2相比纳米SiO2对混凝土性能的提升效果更为明显，该研究中混凝土掺加0.6%粒径为15nm的SiO2对混凝土性能的改善效果最为明显。在硫酸盐侵蚀、碳化以及冻融循环作用下的纳米改性混凝土孔隙率表现为先减少后增加的变化趋势。冻融循环次数的增加导致混凝土中的大孔隙（>10 mm³）体积占比增加而小孔隙（<0.1 mm³）体积占比减少。

Alani等^[24]通过抗压性能、质量以及超声波波速测试评价了纳米黏土颗粒对自密实混凝土抗硫酸镁侵蚀性能的影响。分析表明，纳米黏土在自密实混凝土中具有填充效应，同时，纳米黏土易与氧化钙发生反应，激发进一步的水化反应并生成稳定的水泥石产物，从而增强水泥石与骨料界面粘结性能。因此，纳米黏土的掺杂提升了自密实混凝土的密实性并降低其渗透性，从而减轻硫酸盐环境下可溶的SO4^2-离子向混凝土内部迁移导致的混凝土劣化提升混凝土在硫酸盐环境下的耐久性。另一方面，煅烧石灰石在自密实混凝土中的掺加能有效减少硫酸盐侵蚀产生的石膏以及钙矾石从而著提升自密实混凝土的耐久性。结果指出，单掺6%的纳米黏土以及混掺4%纳米黏土与100kg/m³煅烧石灰石为提升自密实混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的优化掺量。

Anto等^[25]探究了稻壳灰-纳米二氧化硅-水泥三元混合水泥基体系的力学及酸性条件下的耐久性能。稻壳灰和纳米二氧化硅的协同作用能够增加水泥基材料中水化硅酸钙的形成，同时纳米二氧化硅加速了水化产物的形成从而提升了水泥基材料的耐久性能。Qiao等^[26]研究了纳米CaCO3对混凝土抗硫酸盐侵蚀的提升作用，并相对动弹模评估指数、综合损伤指数等参数进行评估。该研究通过长期硫酸盐浸泡试验发现，相关评价参数在0~180天内成增长趋势，而在180~360天后内则成下降趋势。其早期性能增长的原因主要在于进入混凝土中的SO² 离子生成了钙矾石和石膏等产物增加了混凝土的质量从而提升了动弹模，然而180天后混凝土内部的水泥基产物逐渐在硫酸盐环境中被溶解导致动弹模下降。随着浸泡时间的增加，钙矾石晶体持续增长，硫酸盐溶液开始水泥石的微观结构并形成凸起和微裂缝（如图1.7所示），随着硫酸盐侵蚀的持续，微裂缝在骨料与水泥石的界面过渡区逐渐增多导混凝土内部的劣化。纳米碳酸钙（nano-CaCO3）通过成核作用与填充作用加快水泥早期水化速率、优化孔隙分布与结构并且使微结构与界面过渡区致密化，从而提升了混凝土抗硫酸盐侵蚀的性能。

                                             

图1.7 纳米碳酸钙改性水泥基材料不同区域微结构^[26]

通过以上研究可以看出，纳米材料具有自身尺寸小的优势，能够有效的填充水泥石中更小的孔隙，致密化水泥石的微观结构。纳米材料也可作为水泥水化反应过程中的成核位点，促进水泥基材料的水化，并且在一定程度上改善水泥水化产物性能及类型。

2. 钢-混凝土组合结构桥梁耐久性研究

2.1	腐蚀对钢-混凝土组合结构耐久性的影响

2.1.1 环境腐蚀作用与模拟方法

本节首先对近年来的相关研究进展进行梳理总结，简单介绍相应的研究方法与相关研究成果，为后文最新的研究进展总结提供参照。

钢结构部分的锈蚀，如钢梁、钢筋、剪力键锈蚀便是导致组合梁结构性能与耐久性降低的重要因素。其中，剪力连接件是钢与混凝土协同工作的重要保证，主要传递钢混之间的界面剪力，同时防止两部分的隆起分离，也是钢-混凝土组合结构桥梁相比于混凝土桥与钢桥特有的构造。因此，大量关于组合结构桥梁锈蚀的研究集中于剪力连接件，尤其是普遍使用的栓钉剪力键。

一般来说，钢材的主要腐蚀类型为电化学腐蚀，其基本条件通常包括氧气与腐蚀性介质，如水、水中杂质、烟尘等^[27]。对于钢-混凝土组合结构内部钢筋及剪力键，由于混凝土的强碱性，可使其表面生成致密的钝化膜而防止锈蚀的发生。但是，一方面混凝土桥面板在负弯矩、自身收缩徐变及疲劳荷载等各种因素作用下极易发生开裂；另一方面，在长期服役过程中钢与混凝土板接触面难免产生缝隙，腐蚀性介质很容易通过这些路径进入混凝土内部，而引起钝化膜的破坏，最终导致内部剪力键或钢筋的锈蚀等^[28]，如图2.1所示。尤其是在东部沿海地区，由于环境中存在大量的氯离子，虽然其不会破坏混凝土内部的碱性环境，但是却极易破坏钢材表层钝化膜，从而导致锈蚀的发生。这可能会使得剪力连接件的抗剪能力减弱或因为铁锈的膨胀而产生掀起现象，导致钢梁与混凝土的组合作用弱化，甚至使组合梁破坏。钢-混凝土组合结构一旦出现界面工作性能的劣化，将导致协同工作性能的降低，且难以维修加固。

     

图2.1 氯离子侵蚀路径^[28]

早期针对钢梁与钢筋混凝土结构的腐蚀问题研究较多，积累了较多研究成果，组合结构桥梁中剪力连接件的锈蚀研究也正是以此为基础进行。目前，国内外学者也已经总结出了许多可用于试验的锈蚀方法，主要包括自然锈蚀法、人工气候模拟法、通电加速锈蚀法等^[29]。自然锈蚀法能最真实模拟内部钢构件的锈蚀，但试验周期长、控制难度大等问题是该方法最大的缺点，以至于在短时间无法获得达到理想锈蚀率的试件，在试验研究中较少被采用。人工气候模拟试验方法可通过高温高湿、盐水喷淋、红外线灯照等方法模拟自然气候环境，并控制主要影响因素的作用以达到加速锈蚀目的。通电加速锈蚀是目前在组合结构耐久性研究中应用最为广泛的方法^[30-32]。外加电流加速锈蚀的实施方法主要为（见图2.2）：将待锈蚀试件置于NaCl电解质溶液水槽中，可根据需要设置浸泡深度，将铜棒等活性较低的金属与恒压电源负极相连接置于溶液中作为阴极，将组合结构剪力键与恒压电源正极相连作为阳极，通过控制电流大小与通电时间即可获得目标锈蚀率，腐蚀程度可根据法拉第定律由下式确定：

 (1)

式中，Δm为需要腐蚀的铁的质量（g），根据剪力钉质量和目标锈蚀率可以计算；M为摩尔质量(g/mol)；z是价电子数(−)； I为电流强度(A)； t为通电时间(s)；F=96500 C/mol，为法拉第常数。

                                             

图2.2 通电加速锈蚀示意图^[31]

2.1.2 剪力键腐蚀

锈蚀剪力连接件及其对组合梁整体力学性能的研究主要通过标准推出试验及梁式试验进行。前期关于组合结构锈蚀的研究主要集中于其对静力性能的影响。随着研究的不断深入，研究点也逐渐从简单的环境腐蚀作用转向荷载（疲劳）与锈蚀等耦合作用，从短期的静力性能向长期的服役性能研究转变，从自然环境腐蚀向特殊情况强腐蚀研究发展。

吴彩霞等^[33]研究了栓钉锈蚀的具体部分对组合梁宏观性能的影响规律。研究结果表明，栓钉端部的锈蚀对组合梁正常使用阶段（0.5Pu）的抗弯刚度有明显影响；但是栓钉根部的锈蚀相比于端部的锈蚀对其抗弯刚度与组合梁极限承载力的影响更大，该研究结果与早期荣学亮等^[34]发现的规律基本一致。除栓钉锈蚀后组合梁的整体静力行为外，疲劳寿命也是现阶段的研究重点之一。以往研究表明，在锈蚀与疲劳共同作用下组合梁的破坏是由栓钉的疲劳断裂引起，这与静力作用下的破坏模式完全不同。Chen等^[35]在研究中发现，锈蚀率为32.8%的试件的疲劳寿命降低了83.8%，而锈蚀率为44.46%试件在静力作用下的极限承载力仅降低了9.6%。Liu等^[36]研究了耐候钢应用于组合结构中对静力及疲劳性能的影响。研究结果表明，腐蚀将导致疲劳裂纹在蚀坑处提前发生，使得栓钉有效截面面积减小，如图2.3所示，并导致栓钉的疲劳寿命极大缩短。研究揭示了栓钉抗剪弹性刚度随疲劳荷载的变化规律，如图2.4所示，并提出了预测给定载荷历史下残余荷载-滑移行为的经验公式。与传统钢试样相比，试验中耐候钢试件的截面损失率降低了19 %，导致极限强度提高了9%，而疲劳寿命几乎翻倍^[36]。研究结果验证了耐候钢应用于组合结构中的可行性及抵抗环境腐蚀提高耐久性的优势。Zhu等^[37]同样进行了耐候钢与普通钢在锈蚀作用后导致的组合梁疲劳性能退化研究，同时对比了现浇式组合梁与装配式组合梁在锈蚀后的疲劳性能。研究结果表明，氯离子引起的耐候钢腐蚀显著低于普通钢，因此采用耐候钢的组合梁试件在锈蚀后具有更高的抗弯刚度；另一方面，现浇试件在锈蚀后的疲劳试验中表现出的刚度也明显高于装配试件，这表明预制装配式构件的整体性不如现浇试件，导致组合梁整体耐腐蚀性降低。

图2.2 疲劳裂纹发展与有效面积[36]	图2.4 弹性刚度的降低[36]

已有的研究均证明剪力连接件锈蚀对钢-混凝土组合结构桥梁的受力性能有不可忽视的影响，长期作用下将极大地影响桥梁结构的服役性能。鉴于此，在长期变形规律方面，曹国辉等^[38]对腐蚀与荷载耦合作用下的钢-混凝土组合梁进行了针对性研究。通过在试验中考虑不同的加载龄期及栓钉锈蚀率对组合梁进行了为期225天的长期性能试验。研究结果指出组合梁的长期挠度增长与混凝土徐变发展规律类似；与混凝土加载龄期为28天的组合梁长期挠度仅为7天龄期加载试件的70%~80%，腐蚀时间对组合梁长期挠度的影响如图2.5所示。栓钉锈蚀导致了组合梁长期挠度的增大，且锈蚀率越高长期挠度增长速度越快。根据试验研究结果，提出采用龄期调整的有效模量法和应力重分布原理来计算组合梁的长期挠度，能够较好地考虑组合梁由于收缩徐变和栓钉锈蚀引起的附加挠度。

图2.5 腐蚀时间对滑移的影响：(a) 7天，(b）28天[38]

图2.6 栓钉抗剪承载力随腐蚀时间的退化^[40]

对于锈蚀剪力键的性能研究大多基于试验进行，因为栓钉锈蚀的精细化模拟仍然是一个待解决的问题。常用的模拟方式是通过试验结果对特定锈蚀率下栓钉连接件的直径或抗剪刚度与强度进行折减，以模拟锈蚀对其力学性能的影响。这样的方式主要存在两个问题，一是无法考虑栓钉不同部位腐蚀导致的不同程度的性能退化，二是忽略了蚀坑导致的应力集中及其产物导致的膨胀带来的影响。总的来说，氯离子侵蚀导致钢-混凝土组合梁耐久性退化可分为氯离子扩散、栓钉锈蚀、锈蚀组合梁承载能力退化三个步骤。将此三部分的试验研究成果联系起来，有助于相关数值模拟研究的发展。对此，蔚林等^[41]根据氯离子扩散模型和结构有限元方法，针对钢-混凝土组合梁耐久性退化过程提出了一种建模和分析方法。其总体思路为（见图2.7）：通过考虑氯离子从混凝土表面侵入混凝土的路径^[28]并结合相应的传输模型^[42]得到一段时间内氯离子在混凝土内部的传输过程以及某时刻沿栓钉表面各处的氯离子浓度，最终获得栓钉在不同锈蚀时刻沿长度方向不同的直径；在此基础上建立精细化有限元分析模型得到结构在栓钉锈蚀下的力学响应。类似地，Tu等^[43]也采用类似的方法对钢-混凝土组合结构栓钉连接件的腐蚀进行了数值模拟研究。值得注意的是，针对氯离子与羟基离子含量的比值，模拟了钢表面基于脱钝化和再钝化的动态腐蚀过程，并且在中尺度上纳入了混凝土中随机分散骨料的建模。根据数值模拟研究结果，栓钉连接件的腐蚀形状与边界条件有关，且极大地影响了连接件的拉拔性能，并在此基础上提出了栓钉在使用寿命期间力学性能的退化模型^[43]。Al-samawi和Zhu^[44]基于元胞自动机(CA)和有限元法(FEM)对氯离子对组合结构桥梁在使用寿命期间的腐蚀影响进行了评估，为现有桥梁在腐蚀后的性能评估提供了一种详细的方法。首先，考虑时间、水灰比、温度和应力状态等多种因素的影响，基于2D-CA模拟氯离子在桥面中的扩散过程，预测钢筋的初始腐蚀时间和桥面的开裂时间；其次利用3D-CA模拟氯离子对桥梁钢梁的腐蚀作用；然后对基于CA模拟的性能退化钢-混组合桥梁进行有限元分析；最后便可通过数值模拟得到不同服役阶段下桥梁在氯离子腐蚀后的结构性能。

                                             

图2.7 锈蚀栓钉抗剪承载力计算流程图^[41]

2.2	温度对钢-混凝土组合结构耐久性的影响

由于钢与混凝土两种材料不同的温度变化特性，钢-混凝土组合结构桥梁在正常使用状态下承受着复杂的温度作用^[45]。一方面，随着西部大开发战略的推进，众多重大工程在西部地区建设。然而西部山区气候条件恶劣，年温差、日温差大，冬季漫长寒冷。寒冷的环境将对钢-混凝土组合结构桥梁的服役性能产生不利影响，大温差下的反复冻融更有可能导致耐久性的降低。另一方面，极端的高温也是引起组合梁服役性能及耐久性问题的重要隐患之一。高温可导致混凝土桥面板开裂，与钢筋粘结性能降低以及钢混界面性能退化等问题。尤其是火灾的发生给桥梁及建筑结构带来了严重的威胁。本节着眼于温度对钢-混凝土组合桥梁的影响，从低温、冻融循环、高温等方面整理最新的研究进展，探讨钢-混组合结构在温度影响方面的研究重点与发展方向。

2.2.1 低温与冻融循环

低温环境会引起混凝土和钢材等材料力学性能的改变，进而对结构整体性能产生影响。如果温度降到冰点以下，便会造成混凝土强度和耐久性的损失。我国青藏高原及西北地区等大范围区域的最冷月平均气温低于零下 20 ℃，历史最低温度低于零下30 ℃，这对桥梁的建设提出了更高要求。根据谢剑等^[46]的研究，低温会改变栓钉剪力键的破坏形态，这主要是由于栓钉材料本身在低温下的特性所决定。钢的屈服强度和抗拉强度随温度的降低而提高，但是钢的塑性和韧性会随温度降低而降低，更易产生脆性破坏。因此不同环境温度作用下，剪力连接件的力学性能研究是近年的研究热点之一。

对于现场焊接的栓钉，低温可能导致焊接残余应力增加，进而影响结构整体的刚度及疲劳强度等^[47]，与外部荷载长期耦合作用下将降低结构的服役寿命。对此，卫星等^[48]进行了低温环境下栓钉环焊缝焊接残余应力场数值模拟研究，研究了 20℃、0℃、-20℃、-40℃、-60℃ 等5个不同温度下剪力栓钉焊接过程的温度场与应力场分布规律。结果表明低温将影响焊接残余应力，焊缝中心出现mises 应力集中，焊缝附近出现环向残余应力集中；且mises 应力、径向残余应力最大值均位于焊缝附近 10mm 处，并随着距离的增加迅速衰减（见图2.8）。在结构行为方面，Yan等^[49]研究了夹层组合梁在极地低温下的力学行为，建立了一种能够有效模拟低温下夹层梁抗弯刚度与极限承载力的有限元分析模型。研究表明，温度的降低虽然不会改变组合梁的弯曲模式，但是能够提高抗弯刚度与极限承载力，如图2.9所示。当温度从20℃降低到-80℃时，其极限承载力可提升15%，中心混凝土强度由于温度降低而提高是主要原因之一。从宏观结构行为来看，温度的降低对增强结构性能、提升耐久性具有正向作用。

图2.8 径向残余应力随焊缝中心距离分布[48]	图2.9 温度对刚度及承载力的影响[49]

除低温环境对钢材或混凝土材料特性的影响之外，冻融循环也是导致桥梁结构整体性能降低的重要因素，尤其是对于混凝土桥面板而言。低温环境增加了钢-混组合结构中钢材的脆性断裂风险及焊缝焊接残余拉应力，而冻融循环则可能导致混凝土的开裂或剥落。目前，关于冻融循环条件下的研究主要集中于材料层面，在构件及结构层面的研究报道较少。对此，Zhu等^[37]以青海省高寒气候环境为背景开展了腐蚀与冻融耦合条件下组合梁的疲劳性能试验研究。研究结果表明，孔隙水的冻胀效应导致混凝土的强度和刚度在循环冻融过程中不断降低，经过大约50次冻融循环后，冻融损伤明显加速。经过冻融循环后的试件钢混界面滑移明显增加（见图2.10），这是由于循环冻融对混凝土造成了内部损伤，导致混凝土对栓钉的约束减弱^[37]。这与王峥等^[50]对冻融循环条件下型钢混凝土界面性能研究的结论基本一致。除此之外，与低温改善钢混界面黏结性能不同^[51]，冻融循环作用将破坏钢混界面的化学胶着力、摩擦力与机械咬合力，最终导致钢与混凝土的协同工作性能显著降低^[50]，极大的降低了桥梁结构的耐久性能。

                                             

图2.10 冻融循环后明显的界面滑移^[31]

2.2.2 高温

除低温环境对组合结构的不利影响之外，高温条件对钢-混凝土组合结构性能的影响也是近年来的研究热点之一。研究主要着眼于火灾高温对结构行为的影响，因为高温将导致混凝土板表面开裂、混凝土与钢筋粘结性能下降，进而影响钢-混组合结构桥梁的整体受力性能，严重影响组合桥梁的耐久性和安全性^[52]。

在材料层面，武芳文等^[53]对对高温冷却后混凝土和钢材的基本力学性能进行了试验研究，并采用扫描电镜观察了高温后混凝土的微观结构。研究发现，600℃ 高温喷水冷却后，骨料表面将产生严重的损伤，过大的温差导致骨料出现裂缝（见图2.11），降低了混凝土的完整性，在微观上对耐久性问题埋下了隐患。高温使水泥浆体脱水和骨料与水泥基体的热失配引起的裂缝会削弱抗压强度，且温度越高抗压强度越低。对于钢材而言，低于600℃的温度冷却后其力学性能变化并不显著，但是会使得表面产生氧化层，可能会导致钢与混凝土的黏结性能降低，从而影响组合结构的耐久性能。如何将高温下材料性能的退化应用于有限元分析或结构行为预测公式中是研究的主要目的之一。Martinez等^[54]在修正的高温混凝土拉伸软化模型基础上建立了高温拉伸强化模型，可以用于有限元分析中模拟火灾作用下组合梁的结构响应。

图2.11 600℃喷水冷却后的骨料裂缝^[53]

在构件层面，范圣刚等^[55]对常温下不锈钢圆柱头栓钉抗剪性能进行了推出试验，并在此基础上通过有限元方法对其常温下和高温下抗剪性能开展了数值模拟分析，获得了不锈钢栓钉连接件在不同温度条件下的荷载-滑移曲线。研究结果表明，高温将导致不锈钢栓钉的抗剪刚度降低。这将增大组合结构桥梁在荷载作用下的界面滑移，并最终引起耐久性的降低。钢梁在加工过程中会使得钢梁的横截面上产生不同程度的残余应力，而初始残余应力可能降低梁的承载能力^[56]。与环境温度会对栓钉焊接残余应力场产生影响类似^[58]，环境温度对钢梁中残余应力场的影响也引起了部分研究者的注意。刘雨晨与郑远志^[57]对带有残余应力的钢梁内嵌式预应力组合梁的抗火性能的数值模拟研究研究表明在升温后期或当钢梁开始进入塑性状态时，残余应力对组合梁各方面的影响逐渐减小。同时，刘雨晨等^[58]研究了初始几何缺陷对钢梁内嵌式预应力组合梁抗火性能的影响，研究发现初始几何缺陷越大，预应力组合梁跨中挠度随温度升高而下降的速率越大，且临界温度更低。这同时表明完整性对桥梁结构的安全与耐久性能具有重要的影响。鉴于普通钢受高温影响较大，工作性能在高温下退化明显，王文昊等^[59]提出将耐火耐候钢用于组合梁中。根据试验研究结果，耐火耐候钢闭口压型钢板-混凝土组合梁在高温情况仍能保持较好的整体性，同时由于闭口压型钢板与栓钉的组合能力较好，能够显著提升组合梁的耐火极限^[59]，保证组合梁在火灾后的耐久性能。在此基础上，程赟等^[60]通过有限元分析得到钢梁高度、组合楼板厚度、荷载比、钢材热膨胀系数是影响高性能耐火耐候钢-混凝土简支组合梁耐火极限的主要因素。除采用耐火耐候钢替代普通钢梁之外，在钢梁外部包裹混凝土也是提高组合梁抗火性能及耐久性能的有效方法。Zhou等^[61]对波纹钢腹板外侧包裹混凝土的预应力钢-混凝土组合梁进行了试验研究，如图2.12所示。试验发现包裹混凝土能够一定程度上提升了组合梁的抗火性能，但是包裹混凝土后将对组合梁的结构行为产生影响。Simões等^[62]研究了在钢梁外部采用再生骨料混凝土(RAC)包裹后的耐火性能，试验结果表明再生骨料混凝土包裹后的温度基本低于天然骨料混凝土，其主要原因是其导热系数低于普通混凝土，这也表明RAC是一种具有较好应用前景的钢结构隔热材料。总的来看，对于此类结构的力学行为还缺乏深入的了解，对火灾后耐久性能缺少相应评价指标，有待建立相应的理论预测模型。

 

图2.12带波纹钢腹板的预应力混凝土组合梁^[61]

在结构体系层面，张岗等^[63]以典型的公路简支下承式钢桁-混凝土组合结构桥梁为研究对象，采用全实体数值仿真计算方法对一座跨径为80 m，宽度为12.5 m的钢桁-混凝土组合结构桥梁耐火性能进行了研究。研究结果表明，火灾高温会导致其结构刚度和结构承载性能显著衰退，不同受火时间后钢桁-混凝土组合结构桥梁荷载-挠度曲线如图2.13所示。桥下受火时，受火长度小于L/20，钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐火时间可超过60 min，受火长度大于L/4，其耐火时间则低于27 min；桥面受火时，全车道和边车道受火均会使钢桁-混凝土组合结构桥梁先上挠后下挠，边车道受火会使钢桁-混凝土组合结构桥梁会出现高温扭转变形^[63]。研究发现用箱型斜杆替换工字型斜杆可增长耐火时间，在提高结构安全性的同时提升了钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐久性能。Zhang等^[64]研究了边界连续性对高温下组合梁板组合结构性能的影响。研究发现在不同的边界条件下，压缩薄膜力向拉伸薄膜力的转变有所不同。如果组合板的连续边界越多，则由于热膨胀而引起的压缩膜力越大。当温度升高到100◦C以上时，截面薄膜力的发展将变得更加复杂。除温度对结构体系整体性能的影响之外，其对剪力滞效应的影响也有部分研究报道。任文辉等^[65]利用 ANSYS空间有限元模型研究了某钢桁架-混凝土组合结构剪力滞效应随温度作用的变化规律，对整体升降温以及梯度升降温作用下的桥面板上缘正应力分布进行了计算。结果表明温度的升高将使有效分布宽度变大；温度梯度变化对组合结构剪力滞效应影响较大，最大应力变化幅度超过200% ，需在组合结构设计时予以考虑^[65]。Natesh和Agarwal^[66]利用ABAQUS研究了大跨度连续组合梁在火灾加热和灾后冷却阶段的行为，研究结果表明在靠近支座的负弯矩区增加配筋率能够保证连续组合梁在火灾过程中的协同工作性能；而在火后冷却过程中，支撑系统刚度过大将直接导致组合梁结构的破坏。

图2.13 不同受火时间后荷载-挠度曲线：（a)桥下受火，(b)桥面受火[63]

3. 热点与展望

目前，对桥梁混凝土材料耐久性机理的研究趋向于考虑多环境因素的叠加影响，从而更为接近混凝土桥的实际服役环境，有利于桥梁混凝土长期耐久性的设计和预测。同时，混凝土耐久性的改性技术日趋成熟，能够针对桥梁混凝土服役过程中不同的耐久性退化问题进行相应的改善和提升。未来桥梁混凝土材料耐久性相关研究可在考虑多环境影响因素的基础上开展多尺度性能优化研究，从桥梁混凝土的微观-宏观-构件-结构等方面出发，通过不同混凝性能优化技术进行多尺度耐久性提升。

对于钢-混组合桥梁结构耐腐蚀方面，目前的研究热点主要着眼于剪力键锈蚀后组合梁的静力行为；多作用耦合下组合梁的疲劳性能；组合梁的长期服役性能3个方面。由于钢-混组合梁的服役环境复杂，其长期行为变化的重要性愈加突出，对复杂环境作用及多劣化作用耦合下的钢-混凝土组合结构桥梁全寿命周期的服役性能演化过程的评估也成为今后相关研究的重要方向。

对于温度对钢-混组合结构桥梁性能的影响方面，目前的研究热点在于温度下钢-混凝土组合梁的结构响应及从材料到构件层面的耐候性能提升。目前关于温度的研究主要集中于单一温度工况，但就自然的环境温度而言，温度是不断变化的。因此，考虑到基础设施在西部高海拔大温差环境的大发展，今后的研究重点可能向基于西部地区环境的温度场以及与其他复杂环境耦合作用下的钢-混凝土组合梁长期性能或全寿命周期的服役性能演化评估方向发展。

作者介绍

占玉林，男，博士，教授，博士生导师，M.ASCE。主要研究兴趣为高性能复合材料、混凝土及钢-混凝土组合结构桥梁、山区混凝土及组合结构桥梁震灾防治等方面。“天府学者”特聘专家，四川省青年科技创新研究团队带头人，四川省学术与技术带头人后备人选，西南交通大学“雏鹰学者”、西南交通大学“教书育人”优秀奖和“唐立新”优秀教学教师奖获得者。中国钢结构协会钢-混凝土组合结构分会理事、四川省科技青年联合会理事、北京茅以升科技教育基金会桥梁委员会第五届委员会委员、成都市侨联第一届青年委员会副会长、四川省建筑业协会混凝土分会科学技术专业委员会副主任、美国ASCE学会大中华区理事、四川省侨联特聘专家委员会专家。担任《交通运输工程学报》、《铁道科学与工程学报》青年编委，主持和主研包括国家自然科学基金、国家重点研发项目、973和863项目在内的项目60余项，发表学术论文100余篇，获专利10余项，专著1部，获软件著作权5项。曾获安徽省科学技术奖、中国交通运输协会、住房和城乡建设部华夏建设科学技术奖、四川省教学改革成果奖等奖项。电子邮箱：[e-mail]。

黄文峰，男，博士研究生。主要研究兴趣为钢-混凝土组合结构耐久性、新型剪力连接件力学性能等方面。参与国家自然科学基金、四川省交通厅等项目8项。发表学术论文3篇，授权发明专利1项。电子邮箱：[e-mail]。

斯睿哲，男，博士，助理研究员。主要研究方向为可持续发展水泥基材料和水泥基材料的反应机理及耐久性能。美国混凝土协会（ACI），美国陶瓷协会（ACers）水泥分会，国际华人基础设施职业联合会（IACIP）会员，美国土木工程师学会（ASCE）副会员。主持博士后面上项目1项、四川省自然基金青年项目1项，参与国家自然科学基金面上项目1项、美国密歇根州环保厅关于项目2项，已发表SCI论文20余篇。电子邮箱：[e-mail]。

李颖雄，男，博士，助理研究员。长期致力于高性能混凝土结构性分析与优化设计方法研究。主持国家自然科学基金、中国博士后科学基金等科研项目4项，参与国家自然科学基金和德国科学基金（DFG）等科研项目6项。以第一/通讯作者身份在Composites Part B: Engineering、International Journal of Mechanical Sciences以及计算力学学报等期刊上发表学术论文十余篇，其中中科院一区论文5篇。担任南方计算力学联络委员会委员及Engineering Structures、Journal of Mountain Science等国际期刊审稿人。联系邮箱：[e-mail]。

臧亚美，女，博士研究生，西藏大学讲师。研究方向为高原环境混凝土性能劣化机理研究。参与国家自然基金项目和省级科研项目十余项，发表学术论文十余篇。电子邮箱：[e-mail]。

参考文献

[1] SONG H, YAO J, XIANG J. The role of aggregate and cement paste in the deterioration of the transitional interface zone of pervious concrete during freeze-thaw cycles [J]. Case Studies in Construction Materials, 2022, 16.

[2] XIANG J, LIU H, LU H, et al. Degradation Mechanism and Numerical Simulation of Pervious Concrete under Salt Freezing-Thawing Cycle [J]. Materials, 2022, 15(9).

[3] XU T, ZHOU Z, WANG M, et al. Damage mechanism of pier concrete subjected to combined compressive stress, freeze-thaw, and salt attacks in saline soil [J]. Construction and Building Materials, 2022, 324.

[4] 李林洁, 刘清风. 冻融循环下混凝土内部结冰及氯离子传输规律的数值研究 [J]. 硅酸盐学报, 2022, 50: 12.

[5] CHOFORE A T, MITIKIE B B, HAILE A T. Experimental Investigation on Bond, Microstructure and Durability of Expired Hardened Cement Blended with Ground Granulated Blast Furnace Slag as Partial Replacement of Cement in High-Strength Concrete [J]. International Journal of Concrete Structures and Materials, 2022, 16(1).

[6] DE OLIVEIRA F A, CASAGRANDE C A, MARINHO E P, et al. Blasted copper slag as artificial fines in ecofriendly concrete [J]. Materia-Rio De Janeiro, 2022, 27(1).

[7] GHOSTINE R, BUR N, FEUGEAS F, et al. Curing Effect on Durability of Cement Mortar with GGBS: Experimental and Numerical Study [J]. Materials, 2022, 15(13).

[8] VAN TUOI N, THE TRUYEN T, XUAN TUNG N, et al. Effect of Natural Pozzolanic Additive on Strength and Durability of Concrete Immersed in Seawater [J]. Iranian Journal of Science and Technology-Transactions of Civil Engineering, 2022: 1-13.

[9] CHOI S I, PARK J K, HAN T H, et al. Early-age mechanical properties and microstructures of Portland cement mortars containing different admixtures exposed to seawater [J]. Case Studies in Construction Materials, 2022, 16.

[10] MARK O, EDE A, ARUM C, et al. Strength and durability assessments of induction furnace slag-quarry dust - based high performance self-compacting concrete [J]. Civil and Environmental Engineering, 2022, 18(1): 1-16.

[11] DA SILVA F M, BATISTA L S, GACHET L A, et al. The Effect of Tire-Rubber Pretreatment on the Physical-Mechanical Properties and Durability of High-Performance Concrete [J]. Journal of Materials in Civil Engineering, 2022, 34(12).

[12] WANG Y, ZHANG S, NIU D, et al. Quantitative evaluation of the characteristics of air voids and their relationship with the permeability and salt freeze–thaw resistance of hybrid steel-polypropylene fiber–reinforced concrete composites [J]. Cement and Concrete Composites, 2022, 125: 104292.

[13] 张秉宗, 贡力, 杜强业, 等. 西北盐渍干寒地区聚丙烯纤维混凝土耐久性损伤试验研究 [J]. 材料导报, 2022, 036.

[14] LIU C J, HUNAG X C, WU Y Y, et al. Studies on mechanical properties and durability of steel fiber reinforced concrete incorporating graphene oxide [J]. Cement & Concrete Composites, 2022, 130.

[15] 丁亚红, 郭书奇, 张向冈, 等. 玄武岩纤维对再生混凝土抗碳化性能的影响 [J]. 复合材料学报, 2022, 39: 1228-38.

[16] 牛荻涛, 罗扬, 苏丽, 等. 玄武岩-聚丙烯混杂纤维增强混凝土气孔结构分形分析 [J]. 材料导报, 2022, 36: 115-20.

[17] SU L, NIU D T, HUANG D G, et al. Chloride diffusion behavior and microstructure of basalt-polypropylene hybrid fiber reinforced concrete in salt spray environment [J]. Construction and Building Materials, 2022, 324.

[18] 甘磊, 冯先伟, 沈振中, 等. 硫酸盐溶液干湿循环作用下玄武岩纤维混凝土强度演化模型 [J]. 东南大学学报(自然科学版), 2022, 52: 720-9.

[19] DE AZEVEDO A R G, NASCIMENTO M, DO CARMO D, et al. Environmental and Durability Perspective of the Use of Curaua Fiber Treated in Mortars [J]. Journal of Renewable Materials, 2022, 10(9): 2409-29.

[20] CUENCA E, CRIADO M, GIMENEZ M, et al. Effects of Alumina Nanofibers and Cellulose Nanocrystals on Durability and Self-Healing Capacity of Ultrahigh-Performance Fiber-Reinforced Concretes [J]. Journal of Materials in Civil Engineering, 2022, 34(8).

[21] ZENG H, LAI Y, QU S, et al. Exploring the effect of graphene oxide on freeze-thaw durability of air-entrained mortars [J]. Construction and Building Materials, 2022, 324.

[22] RAMEZANI M, KIM Y H, SUN Z, et al. Influence of carbon nanotubes on properties of cement mortars subjected to alkali-silica reaction [J]. Cement and Concrete Composites, 2022, 131.

[23] 刘方, 张昆昆, 罗滔, 等. 复杂环境因素下纳米改性混凝土冻融损伤研究 [J]. 材料导报, 2022, 036.

[24] ALANI N Y, AL-JUMAILY I A, HILAL N. Performance of self-compacting concrete containing nano clay at elevated temperatures and MgSO₄ attack [J]. European Journal of Environmental and Civil Engineering.

[25] ANTO G, ATHIRA K, NAIR N A, et al. Mechanical properties and durability of ternary blended cement paste containing rice husk ash and nano silica [J]. Construction and Building Materials, 2022, 342.

[26] QIAO H, HAKUZWEYEZU T, YANG B, et al. Experimental study on sulfate erosion resistance of nano-CaCO₃ modified concrete [J]. Canadian Journal of Civil Engineering, 2022, 49(4): 590-6.

[27] 唐寿洋. 钢桥全寿命周期成本分析及防腐维护策略研究 [D]. 兰州交通大学, 2021.

[28] XU X, HE D, ZENG S, et al. Effect of concrete cracks on the corrosion of headed studs in steel and concrete composite structures [J]. Construction and Building Materials, 2021, 293: 123440.

[29] 郑山锁, 杨建军, 郑跃, 等. 锈蚀钢筋混凝土粘结滑移性能综述 [J]. 材料导报, 2020, 34: 1221-6.

[30] 李咏灿. 氯离子侵蚀下陶粒混凝土组合剪力键抗剪性能研究 [D]. 武汉科技大学, 2021.

[31] 赵硕硕. 剪力钉锈蚀对钢-混凝土组合梁负弯矩区力学性能的影响研究 [D]. 西南交通大学, 2021.

[32] 曹国辉, 曹一青, 周超, 等. 栓钉锈蚀后钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究 [J]. 铁道学报, 2022, 44: 129-35.

[33] 吴彩霞, 于大伟. 荷载对钢-混凝土连接锈蚀栓钉力学性能影响研究 [J]. 水利水电技术, 2021, 52: 199-205.

[34] 荣学亮, 黄侨, 任远. 栓钉连接件锈蚀后静力性能和抗疲劳性能的试验研究 [J]. 土木工程学报, 2013, 46: 10-8.

[35] CHEN J, ZHANG H P, YU Q Q. Monotonic and fatigue behavior of steel-concrete composite beams subjected to corrosion [J]. Structures, 2021, 34: 1973-84.

[36] LIU T, NIE X, ZENG J, et al. Static and fatigue behaviors of corroded stud connectors in weathering steel-concrete composite beams [J]. Engineering Structures, 2022, 272.

[37] ZHU L, SU R K-L, MA J-J, et al. Experimental Case Study on the Fatigue Behavior of Steel-Concrete Composite Beams after Chloride-Induced Corrosion and Cyclic Freeze-Thaw [J]. Journal of Bridge Engineering, 2023, 28(1).

[38] 曹国辉, 廖世杰, 彭鹏, 等. 腐蚀与荷载耦合作用下钢-混凝土组合梁长期变形研究 [J]. 土木工程学报, 2022, 55: 32-40 88.

[39] 朱浩云, 乔文靖, 杨帆, 等. 强腐作用下钢板组合梁栓钉退化机理的研究与有限元分析 [J]. 公路, 2022, 67: 109-17.

[40] 朱浩云. 强腐作用下钢板梁剪力键力学性能研究 [D]. 西安工业大学, 2022.

[41] 蔚林, 蒲洪年, 侯胜利, 等. 锈蚀栓钉剪力件抗剪承载力数值模拟研究 [J]. 山西建筑, 2022, 48: 47-51.

[42] 夏顶顶. 水泥基材料中氯离子传输试验研究与细观数值模拟 [D]. 兰州理工大学, 2022.

[43] TU X, WU Y. Numerical analysis on corrosion and mechanical performance of shear stud connector in concrete [J]. Construction and Building Materials, 2023, 363.

[44] AL-SAMAWI M, ZHU J. Evaluation of the corrosion effects on the performance of composite bridge based on cellular automata and finite element method [J]. Structure and Infrastructure Engineering, 2022, 18(5): 630-52.

[45] 樊健生, 刘诚, 刘宇飞. 钢-混凝土组合梁桥温度场与温度效应研究综述 [J]. 中国公路学报, 2020, 33: 1-13.

[46] 谢剑, 亢二聪, 严加宝, 等. 低温环境下栓钉连接件抗拉拔性能研究 [J]. 建筑结构学报, 2021, 42: 386-94.

[47] 廖小伟. 低温环境下桥梁钢材与焊接细节的疲劳性能研究 [D]. 清华大学, 2018.

[48] 卫星, 高亚杰, 康志锐, 等. 低温环境下栓钉环焊缝焊接残余应力场数值模拟 [J]. 吉林大学学报, 2022, 1-8.

[49] YAN J B, GENG Y T, LUO Y L, et al. Double skin composite beams at Arctic low temperatures: Numerical and analytical studies [J]. Journal of Constructional Steel Research, 2022, 193: 107286.

[50] 王峥, 李俊华, 姚志成. 冻融循环后带栓钉连接件型钢混凝土界面剪力传递性能研究 [J]. 混凝土, 2021, 27-30 5.

[51] YAN J B, XIE W J, ZHANG L X, et al. Bond behaviour of concrete-filled steel tubes at the Arctic low temperatures [J]. Construction and Building Materials, 2019, 210: 118-31.

[52] 王勇, 王功臣, 王本淼, 等. 火灾后混凝土连续板剩余承载力试验研究及理论分析 [J]. 工程力学, 2022, 39: 96-109.

[53]  武芳文, 冯彦鹏, 王广倩, 等. 高温后钢-混组合梁抗剪性能试验研究 [J]. 工程力学, 2022, 1-14.

[54] MARTINEZ J, JEFFERS A. Tension stiffening model for the finite element analysis of composite floor systems exposed to fire [J]. Journal of Structural Fire Engineering, 2022.

[55] 范圣刚, 周航, 韩云龙, 等. 常温和高温下不锈钢圆柱头栓钉抗剪性能研究 [J]. 天津大学学报(自然科学与工程技术版), 2022, 55: 562-70.

[56] 王卫永, 李国强. 高强钢结构抗火设计理论研究进展 [J]. 工业建筑, 2016, 46: 61-7.

[57] 刘雨晨, 郑志远. 带有残余应力的钢梁内嵌式预应力组合梁抗火性能研究 [J]. 建筑钢结构进展, 2022, 1-10.

[58] 刘雨晨, 郑志远, 鄢吉虎, 等. 初始几何缺陷对钢梁内嵌式预应力组合梁抗火性能的影响 [J]. 建筑结构, 2022, 1-8.

[59] 王文昊, 余香林, 程赟, 等. 耐火耐候钢-混凝土组合梁抗火性能试验研究 [J]. 建筑结构, 2022, 1-10.

[60] 程赟, 石永久, 王文昊, 等. 高性能耐火耐候钢-混凝土简支组合梁抗火性能的数值分析 [J]. 工业建筑, 2022, 52: 67-74.

[61] ZHOU H, LI H, QIN H, et al. Examining fire response of unilaterally concrete-reinforced web prestressed composite beams with corrugated webs [J]. Engineering Structures, 2023, 274: 115194.

[62] SIMÕES Y S, FERNANDES F P D, CASTRO A L, et al. Experimental and numerical analysis of the thermal and mechanical behaviour of steel and recycled aggregate concrete composite elements exposed to fire [J]. Fire and Materials, 2023, 47(1): 139-55.

[63] 张岗, 汤陈皓, 宋超杰, 等. 钢桁-混凝土组合结构桥梁耐火性能研究 [J]. 建筑结构学报, 2022, 1-14.

[64] ZHANG Y, LIU J X, TAN K H. Boundary continuity effect on performance of composite beam-slab sub-assemblages at elevated temperature [J]. Journal of Constructional Steel Research, 2022, 198: 107523.

[65] 任文辉, 赵晓翠, 马彦阳, 等. 钢桁架-混凝土组合结构温度作用下剪力滞效应 [J]. 西安科技大学学报, 2022, 42: 985-93.

[66] NATESH P S, AGARWAL A. The Effect of Stiffness of Supporting System on the Behaviour of Steel-Concrete Composite Beams at Elevated Temperature [Z]. Structural Integrity. 2023: 108-24