钢筋混凝土构件的变形裂缝及混凝土结构的耐久性

1、第第8 8章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算验算外观感觉外观感觉裂缝过宽：钢筋锈蚀导致承载力降低，裂缝过宽：钢筋锈蚀导致承载力降低， 影响使用寿命影响使用寿命耐久性耐久性心理承受：不安全感，振动噪声心理承受：不安全感，振动噪声对非结构构件的影响：门窗开关，隔墙开裂等对非结构构件的影响：门窗开关，隔墙开裂等振动、变形过大振动、变形过大对其它结构构件的影响对其它结构构件的影响 影响正常使用：如吊车、精密仪器影响正常使用：如吊车、精密仪器适用性适用性承载能力极限状态承载能力极限状态安全性安全性结构的结构的功能功能结构构件不满足结构构件不满足正常使用极限状态正常使用

2、极限状态对生命财产的对生命财产的危害性危害性比不满比不满足足承载能力极限状态承载能力极限状态的要的要小小，其相应的目标可靠指标，其相应的目标可靠指标b b 值要小值要小些，故称些，故称正常使用极限状态验算正常使用极限状态验算，并在验算时采用，并在验算时采用荷载标准值荷载标准值、和和材料强度标准值，结构系数材料强度标准值，结构系数 d=1.0。本章的内容：本章的内容：1、抗裂验算；、抗裂验算；2、裂缝宽度计算（含影响耐久性的因素）；、裂缝宽度计算（含影响耐久性的因素）；3、变形验算。、变形验算。第二节第二节 抗裂验算抗裂验算一、轴心受拉构件一、轴心受拉构件tftfssAcrNtEctEsfEma

3、x0)(AfAAfAfAfAAfNtsEctstEctssctcr满足可靠指标的要求，引入满足可靠指标的要求，引入拉应力限制系数拉应力限制系数ct对应荷载效应的对应荷载效应的短期组合短期组合0AfNtkcts对应荷载效应的对应荷载效应的长期组合长期组合0AfNtkctl二、受弯构件二、受弯构件crx2crxh 2crxh tfcrM0WfMtmcr对应荷载效应的对应荷载效应的短期组合短期组合0WfMtkctms对应荷载效应的对应荷载效应的长期组合长期组合0WfMtkctml三、偏心受拉构件三、偏心受拉构件对应荷载效应的对应荷载效应的短期组合短期组合tkctssfANWM偏拉00对应荷载效应的对

4、应荷载效应的长期组合长期组合tkctllfANWM偏拉00第三节第三节 裂缝开展宽度验算裂缝开展宽度验算一、裂缝的成因及对策一、裂缝的成因及对策荷载引起的裂缝荷载引起的裂缝非荷载引起的裂缝非荷载引起的裂缝拉力拉力弯矩弯矩剪力剪力扭矩扭矩垂直裂缝，正截面裂缝垂直裂缝，正截面裂缝主要裂缝成因主要裂缝成因Crack Width1、温度变化引起的裂缝、温度变化引起的裂缝原因：热胀冷缩，且变形受到约束原因：热胀冷缩，且变形受到约束采取的措施：a.对混凝土分层分块；b.低热水泥；c. 人工冷却2、混凝土收缩引起的裂缝、混凝土收缩引起的裂缝原因：混凝土结硬时产生体积缩小，变形受到约束原因：混凝土结硬时产生体

5、积缩小，变形受到约束采取的措施：a.设置伸缩缝；b.改善水泥性能；c. 降低水灰比；d. 加强养护。3、基础不均匀沉降引起的裂缝、基础不均匀沉降引起的裂缝采取的措施：a.构造措施；b.设置沉降缝；4、混凝土塑性塌引起的裂缝、混凝土塑性塌引起的裂缝4、混凝土塑性塌引起的裂缝、混凝土塑性塌引起的裂缝采取的措施：a.级配良好的骨料；b.控制水灰比；c.提高施工质量5、冰冻引起的裂缝、冰冻引起的裂缝6、钢筋锈蚀引起的裂缝、钢筋锈蚀引起的裂缝采取的措施：a.提高混凝土的密实性；b.加大保护层厚度7、碱骨料化学反应引起的裂缝、碱骨料化学反应引起的裂缝采取的措施：a采用优质骨料和低碱水泥；b.提高密实性二、

6、受力裂缝的开展宽度计算理论二、受力裂缝的开展宽度计算理论计计算算理理论论半理论半经验公式我国建筑系统和水工系统规范半理论半经验公式我国建筑系统和水工系统规范数量统计公式美国、俄罗斯及我国港工规范数量统计公式美国、俄罗斯及我国港工规范裂缝开展机理粘结滑移理论粘结滑移理论无粘结滑移理论无粘结滑移理论综合理论综合理论1、裂缝开展前后的应力状态、裂缝开展前后的应力状态aaacccbb(a)裂缝即将出现裂缝即将出现(b)第一批裂缝出现第一批裂缝出现(c) 裂缝的分布及开展裂缝的分布及开展在裂缝出现前在裂缝出现前，混凝土和钢筋的应变沿构件的长度基本上是均，混凝土和钢筋的应变沿构件的长度基本上是均匀分布的。

7、匀分布的。当受拉区外边缘的混凝土达到当受拉区外边缘的混凝土达到混凝土的极限拉应变时，就处于混凝土的极限拉应变时，就处于即将出现裂缝的状态即将出现裂缝的状态a阶段。阶段。3)当受拉区外边缘的混凝土在最薄弱截面位置达到其极限拉应变当受拉区外边缘的混凝土在最薄弱截面位置达到其极限拉应变 0 0ct后，出现第一条（批）裂缝。后，出现第一条（批）裂缝。4) 裂缝出现瞬间裂缝出现瞬间，裂缝截面位置的混凝土退出工作，应力降低为，裂缝截面位置的混凝土退出工作，应力降低为零，而钢筋承担的拉力突然增加。零，而钢筋承担的拉力突然增加。5)裂缝出现后，混凝土向裂缝两侧回缩，但非自由，受到钢筋的约裂缝出现后，混凝土向裂

8、缝两侧回缩，但非自由，受到钢筋的约束。混凝土与钢筋之间有相对滑移，产生粘结应力束。混凝土与钢筋之间有相对滑移，产生粘结应力t t。由于粘结应由于粘结应力的存在力的存在，随着距裂缝截面距离的增加，钢筋拉应力逐渐传递给，随着距裂缝截面距离的增加，钢筋拉应力逐渐传递给混凝土而减小，混凝土拉应力由裂缝处的零逐渐增大，达到混凝土而减小，混凝土拉应力由裂缝处的零逐渐增大，达到l后，后，粘结应力消失，混凝土中又重新建立起拉应力粘结应力消失，混凝土中又重新建立起拉应力 ct。aaacccbb6) 当距裂缝截面有足够的长度当距裂缝截面有足够的长度 l 时，混凝土拉应力时，混凝土拉应力 ct增大到增大到ft，此时

9、将在离裂缝截面此时将在离裂缝截面l的另一薄弱截面处出现新的裂缝，如的另一薄弱截面处出现新的裂缝，如图图(b)、(c)中的中的b-b截面处。截面处。7) 如果两条裂缝的间距小于如果两条裂缝的间距小于2 l，则由于粘结应力传递长度不够，则由于粘结应力传递长度不够，混凝土拉应力不可能达到混凝土拉应力不可能达到ft，因，因此将不会出现新的裂缝，裂缝的此将不会出现新的裂缝，裂缝的间距最终将稳定在（间距最终将稳定在（l 2 l）之间，）之间，平均间距可取平均间距可取1.5 l。8)从第一条（批）裂缝出现到裂从第一条（批）裂缝出现到裂缝全部出齐为缝全部出齐为裂缝出现阶段裂缝出现阶段，该，该阶段的荷载增量并不

10、大，主要取阶段的荷载增量并不大，主要取决于混凝土强度的离散程度。决于混凝土强度的离散程度。9)裂缝间距裂缝间距的计算公式即是以该阶段的受力分析建立的。的计算公式即是以该阶段的受力分析建立的。10)裂缝出齐后裂缝出齐后，随着荷载的继续增加，裂缝宽度不断开展，随着荷载的继续增加，裂缝宽度不断开展。裂缝。裂缝的开展是由于混凝土的回缩，钢筋的伸长，导致钢筋与混凝土的开展是由于混凝土的回缩，钢筋的伸长，导致钢筋与混凝土之间不断产生相对滑移的结果之间不断产生相对滑移的结果，这是裂缝宽度计算的依据这是裂缝宽度计算的依据。规范规范定义的裂缝宽度是指受拉钢筋重心水平处构件侧表面定义的裂缝宽度是指受拉钢筋重心水平

11、处构件侧表面上混凝土的裂缝宽度。上混凝土的裂缝宽度。11) 在荷载长期作用下，由于混凝土的滑移徐变和拉应力的松弛，在荷载长期作用下，由于混凝土的滑移徐变和拉应力的松弛，将导致裂缝间受拉混凝土不断退出工作，使裂缝开展宽度增大，将导致裂缝间受拉混凝土不断退出工作，使裂缝开展宽度增大，混凝土的收缩使裂缝间混凝土的长度缩短，也会引起裂缝的进混凝土的收缩使裂缝间混凝土的长度缩短，也会引起裂缝的进一步开展。一步开展。2、平均裂缝宽度、平均裂缝宽度wm平均裂缝宽度平均裂缝宽度wm等于构件裂缝区段内钢筋的平均伸长与相应水平等于构件裂缝区段内钢筋的平均伸长与相应水平处构件侧表面混凝土平均伸长的差值。处构件侧表面

12、混凝土平均伸长的差值。crcmcrsmmllwcrsmmlw忽略混凝土的拉伸变形忽略混凝土的拉伸变形ssm受拉钢筋应变不均匀系数，表示裂缝间受拉钢筋应变不均匀系数，表示裂缝间因混凝土受拉力而对钢筋应变所引起的因混凝土受拉力而对钢筋应变所引起的影响，放映了裂缝间受拉混凝土参与工影响，放映了裂缝间受拉混凝土参与工作的程度。作的程度。ssssmEcrsscrsmmlElw以轴拉为例：以轴拉为例：1）ssAN2）crlcrmtetulAft 0tetemtmtetcrdKdfuAfltt4tecrdKcKl213）testf0 . 13、最大裂缝宽度、最大裂缝宽度wmax)(22221maxtessc

13、rssmdKcKElEww第四节第四节 变形验算变形验算DeformationfEIMlEIqlf20404853845均布： 20lEIMSf EIM截面截面抗弯刚度抗弯刚度EI 体现了截面抵抗弯曲变形的能力，同时也反映体现了截面抵抗弯曲变形的能力，同时也反映了截面弯矩与曲率之间的物理关系。了截面弯矩与曲率之间的物理关系。对于弹性均质材料截面，对于弹性均质材料截面，EI为常数，为常数，M- 关系为直线。关系为直线。EIMlEIPlf2030121481集中：20lS MEI EIM 由于混凝土开裂、弹塑性应力由于混凝土开裂、弹塑性应力-应变关系和钢筋屈服等影响，应变关系和钢筋屈服等影响，钢筋

14、混凝土钢筋混凝土适筋梁适筋梁的的M- 关系不再是直线关系不再是直线，而是随弯矩增大，而是随弯矩增大，截面曲率呈曲线变化。截面曲率呈曲线变化。MyMuMcrEcI0Mf一、受弯构件的短期刚度一、受弯构件的短期刚度Bs1、不出现裂缝的构件、不出现裂缝的构件085. 0IEBcs2、出现裂缝的构件、出现裂缝的构件30)28. 0025. 0(bhEBcEs二、受弯构件的长期刚度二、受弯构件的长期刚度Bl刚度降低的原因刚度降低的原因混凝土的徐变混凝土的徐变混凝土的收缩混凝土的收缩影响因素影响因素：受压钢筋的配筋率、加荷龄期、荷载的大小及持：受压钢筋的配筋率、加荷龄期、荷载的大小及持续时间、温度和湿度、混凝土的养护时间续时间、温度和湿