氯盐腐蚀下高强自密实混凝土钢管柱的轴向压缩性能退化机理与强度预测模型研究

针对海洋环境中钢管混凝土(CFST)桥墩易受氯盐腐蚀导致承载力退化的问题，本研究通过18组高强自密实混凝土钢管柱(HSSCCFST)的加速腐蚀试验，系统分析了钢比(αs )和腐蚀率(γ)对构件失效模式、刚度(EA)、延性(DI)及残余强度因子(kcr )的影响，建立了考虑γ/αs 比的强度折减公式，验证了CECS 104-99规范在腐蚀工况下的适用性，为海洋工程结构耐久性设计提供理论依据。

　　

在海洋工程领域，钢管混凝土(Concrete-Filled Steel Tube, CFST)结构因其卓越的承载力和施工便利性被广泛应用于跨海大桥桥墩。然而长期暴露于高盐、高湿的海洋环境中，钢管外壁极易发生氯盐腐蚀，导致钢材有效截面缩减、力学性能退化，进而削弱钢管对核心混凝土的约束效应，最终引发结构承载力显著下降。这一现象在我国南海等强腐蚀性海域尤为突出，但现有研究多聚焦普通混凝土填充钢管，对采用高强自密实混凝土(High-Strength Self-Compacting Concrete, HSSCC)的CFST构件在腐蚀环境下的性能演化规律缺乏系统认知。为此，佛山大学的研究团队在《Marine Structures》发表了创新性成果，通过电化学加速腐蚀与轴向压缩试验相结合的方法，揭示了氯盐腐蚀对HSSCCFST短柱力学性能的影响机制。

研究团队采用电流密度2 mA/cm²
的人工海水加速腐蚀系统，对3种钢比(0.10/0.15/0.20)和3种腐蚀率(0%/10%/20%)的18个HSSCCFST短柱进行腐蚀处理，随后通过5000 kN液压试验机开展轴向压缩试验，结合应变片和LVDT(线性可变差动变压器)采集荷载-位移曲线。采用GB/T 228.1-2010标准测试腐蚀后钢材的力学性能，基于CECS 104-99等5种国际规范进行理论值对比。

2.1 钢材腐蚀行为
腐蚀使2.4 mm薄壁试件断裂模式从正断转为斜断，屈服强度(f_y
)和弹性模量(E_s
)随γ呈线性下降，拟合公式f'_y
=(1-0.676γ)f_y
显示20%腐蚀率下强度衰减达13.5%。

2.2 短柱失效模式
钢比0.10试件出现钢管表面斜裂缝与鼓曲复合破坏，而钢比≥0.15试件仅发生鼓曲破坏，表明薄壁构件对腐蚀更敏感。

3.2.3 荷载-位移响应
所有试件曲线均呈现弹性、弹塑性和下降三阶段特征，但腐蚀使峰值荷载(N_u
)降低5.2%-17.4%，其中钢比0.15组降幅最大，而钢比0.20组仅降低3.3%-6.3%，证实厚壁钢管抗腐蚀优势。

3.2.7 约束效应量化
通过横向变形系数(θ=ε_h
/ε_v
)分析发现，腐蚀使θ增长拐点提前，20%腐蚀率下θ最大值降低23%，表明钢管对核心混凝土的约束作用被显著削弱。

4.1 强度预测模型
建立的强度折减因子k_cr
=1-0.078γ/α_s
显示，腐蚀层占比(γ/α_s
)是影响残余强度的关键参数。经CECS 104-99规范修正的预测值与试验结果误差仅0.7%，优于EC4等国际规范15%以上的保守性偏差。

该研究首次阐明了钢比对腐蚀环境下HSSCCFST性能退化的调控作用，发现增加钢比可降低腐蚀层占比从而缓解性能衰减。提出的γ/α_s
强度折减模型为海洋工程CFST结构耐久性设计提供了量化工具，尤其对南海等高腐蚀风险海域的桥墩维护具有重要指导价值。未来研究可拓展至弯-剪复合受力工况，并探索纤维增强等提升腐蚀抗力的新途径。