第08章 挠度及裂缝宽度验算和耐久性.pdf

第8章 变形和裂缝宽度的计算 第8章变形和裂缝宽度的计算 Deformation and Crack Width of RC Beams 概述 保护层厚度 混凝土碳化 钢筋锈蚀导致承载力降低 影响使用寿命 耐久性耐久性 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 振动 变形过大 对其它结构构件的影响 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 第8章 变形和裂缝宽度的计算 对于超过对于超过正常使用极限状态正常使用极限状态的情况 由于其对生命财产的危害的情况 由于其对生命财产的危害 性比超过承载力极限状态要小 因此相应的可靠度水平可比承载性比超过承载力极限状态要小 因此相应的可靠度水平可比承载 力极限状态低一些 力极限状态低一些 正常使用极限状态的计算表达式正常使用极限状态的计算表达式为 为 Sk 作用效应标准值 如挠度变形和裂缝宽度 应根据作用效应标准值 如挠度变形和裂缝宽度 应根据荷载标荷载标 准值准值和和材料强度标准材料强度标准值确定 值确定 以受弯构件为例 在荷载标准值产生的弯矩可表示为 以受弯构件为例 在荷载标准值产生的弯矩可表示为 Msk CGGk CQQk 由于活荷载达到其标准值由于活荷载达到其标准值Qk的作用时间较短 故的作用时间较短 故Msk称为称为短短期期弯弯 矩矩 其值 其值约约为弯矩为弯矩设设计值的计值的50 70 由于在荷载的由于在荷载的长期长期作用作用下下 构件的变形和裂缝宽度 构件的变形和裂缝宽度随随时间时间增增 长长 因此 因此需需要要考虑长期考虑长期荷载的荷载的影响影响 长期长期弯矩弯矩可表示为 可表示为 Ml k CGGk qCQQk q为为活荷载准活荷载准永永久值久值系数系数 quasi permanent load kk RS 第8章 变形和裂缝宽度的计算 结构的极限状态结构的极限状态 承载能力极限状态承载能力极限状态 安全性安全性 正常使用极限状态正常使用极限状态 适用性和耐久性适用性和耐久性 对于结构的正常使用极限状态 应对于结构的正常使用极限状态 应当当使用荷载使用荷载 的标准值和准的标准值和准永永久值 材料强度久值 材料强度采采用标准值 用标准值 正常使用极限状态正常使用极限状态主主要要验验算构件的裂缝宽度以算构件的裂缝宽度以 及及变形变形 刚 刚度度 验验算时应算时应当考虑当考虑短短期期效应效应组合组合以以及长期及长期效应效应组组 合两种合两种情况 情况 第8章 变形和裂缝宽度的计算 8 1 受弯构件的变形验算 一一 变形限值变形限值 f f f 为挠度变形限值 为挠度变形限值 主主要要从从以以下几个方面考虑 下几个方面考虑 1 保证保证结构的使用功能要结构的使用功能要求求 结构构件产生过 结构构件产生过大大的变形的变形将影响将影响 甚至丧失甚至丧失其使用功能 如其使用功能 如支支承承精密仪器设备精密仪器设备的的梁板梁板结构挠度结构挠度 过过大大 将难将难以使以使仪器保持仪器保持水平水平 屋面 屋面结构挠度过结构挠度过大会造成积大会造成积 水水而而产生产生渗漏 吊车梁渗漏 吊车梁和和桥梁桥梁的过的过大大变形变形会妨碍吊车会妨碍吊车和和车辆车辆 的正常的正常运行等运行等 2 防止防止对结构构件产生对结构构件产生不良影响不良影响 如 如支支承在承在砖墙上砖墙上的的梁端梁端产生产生 过过大转角大转角 将将使使支支承承面积减面积减小小 支 支承承反反力力偏心增大偏心增大 并会引并会引 起墙体开起墙体开裂 裂 3 防止防止对对非非结构构件产生结构构件产生不良影响不良影响 结构变形过 结构变形过大会大会使使门窗等门窗等 不不能正常能正常开关开关 也会也会导致隔导致隔墙 墙 天花天花板板的的开开裂裂或损坏或损坏 第8章 变形和裂缝宽度的计算 4 保证保证使用使用者者的的感觉感觉在可在可接接受的受的程程度度之内之内 过 过大大振动振动 变形变形 会引起会引起使用使用者者的的不不适适或或不不安全安全感感 表表9 1 受弯构件的挠度限值受弯构件的挠度限值 构 件 类 型挠度限值 以计算跨度l0计算 吊车梁 手动吊车 电动吊车 l0 500 l0 600 屋盖 楼盖及楼梯构件 当l0 7m时 当7m l0 9m时 当l0 9m时 l0 200 l0 250 l0 250 l0 300 l0 300 l0 400 注 1 表中括号内数值适用于使用上对挠度有较高要求的构件 2 悬臂构件的挠度限值按表中相应数值乘以系数 2 0 取用 第8章 变形和裂缝宽度的计算 二二 钢筋混凝土钢筋混凝土梁梁抗抗弯弯刚刚度的度的特点特点 f EI Ml EI ql f 24 48 5 384 5 均布 2 l EI M Sf EI M 截截面面抗抗弯弯刚刚度度EI 体体现了截现了截面面抵抗抵抗弯弯曲曲变形的能力 变形的能力 同同时时也反也反映映 了截了截面面弯矩弯矩与曲率之与曲率之间的间的物理物理关系关系 对于对于弹弹性性均质均质材料材料截截面面 EI为常为常数数 M 关系关系为为直线直线 EI Ml EI Pl f 23 12 1 48 1 集中 2 lS M EI EIM 第8章 变形和裂缝宽度的计算 两端刚接 水平力 侧移 3 12 h EI V 集中荷载 荷载 挠度 48f 3 l EI P 弯矩 曲率 EIM 应力 应变 E 刚刚度度是是反反映映力力与与变形变形之之间的间的关系 关系 材料材料 截截面 面 构件构件 结构结构 第8章 变形和裂缝宽度的计算 由于由于混凝土混凝土开开裂裂 弹塑弹塑性应力性应力 应变应变关系关系和和钢筋屈服钢筋屈服等影响等影响 钢筋混凝土钢筋混凝土适适筋筋梁梁的的M 关系不关系不再是直线再是直线 而而是是随随弯矩弯矩增大增大 截截面面曲率呈曲线曲率呈曲线变变化化 My Ms Mcr EcI0 Bs M M Mcr EcI0 0 85EcI0 短短期期弯矩弯矩Msk一一般处般处于于第 阶段第 阶段 刚刚度计算度计算需需要要研究研究构件构件带带裂裂 缝时的缝时的工工作情况作情况 该阶段该阶段裂缝裂缝基本基本等等间间距分布距分布 钢筋钢筋和和混凝土混凝土 的应变的应变分布具有分布具有以以下下特征特征 第8章 变形和裂缝宽度的计算 s s c c 中和轴 c s s s c c c 0 h cs s s M B 第8章 变形和裂缝宽度的计算 三三 刚 刚度度公公式的式的建立建立 材料力材料力学中曲率与学中曲率与弯矩弯矩关系关系的的推导推导 EI M y y 几几何何关系关系 E E 物理物理关系关系 y I M 平平衡衡关系关系 Ey EI M 第8章 变形和裂缝宽度的计算 1 几 几何何关系关系 0 h cs 2 物理物理关系关系 c c c s s s EE 0 hCM s 2 0 bh M s c 0 hA M s s s 3 平平衡衡关系关系 根据裂缝根据裂缝截截面面的应力的应力分布分布 c c h 0 sAs C h 0 0 hTM s 00 hbh c 0 hAs s 第8章 变形和裂缝宽度的计算 s s B M E ss s hAE B 2 0 ccc c c c E 2 0 bhE M c s c 2 0 bhE M c s ss s s E 0 hAE M ss s 0 h cs 0 0 2 0 h hAE M bhE M ss s c s 第8章 变形和裂缝宽度的计算 四四 参参数数 和和 1 开 开裂裂截截面面的的内内力力臂臂系数系数 试试验验和和理论分析理论分析表表明明 在短 在短期期弯矩弯矩Msk 0 5 0 7 Mu范围范围 裂缝裂缝截截面面的相对受的相对受压区高压区高度度 变变化很化很小 小 内内力力臂臂的变的变化化也不大也不大 对常用的对常用的混凝土混凝土强度和强度和配筋配筋情况 情况 值在值在0 83 0 93之之间间波动波动 规范 规范 为为简化简化计算 计算 取取 0 87 2 受受压区压区边缘边缘混凝土混凝土平平均均应变应变综综合系数合系数 根据根据试试验验实测实测受受压压边缘边缘混凝土混凝土的的压压应变 可以应变 可以得得到到系数系数 的的试试 验验值 在短值 在短期期弯矩弯矩Msk 0 5 0 7 Mu范围范围 系数系数 的变的变化很化很 小 小 仅仅与配筋率有与配筋率有关关 规范 规范 根据根据试试验验结结果果分析分析给出给出 f EE 5 31 6 2 0 0 bh hbb ff f 受受压压翼缘加翼缘加强强系数系数 第8章 变形和裂缝宽度的计算 第8章 变形和裂缝宽度的计算 钢筋钢筋应力应力不不均均匀匀系数系数 由于由于钢筋与混凝土钢筋与混凝土间间存存在在粘粘结应力 结应力 随随着着距距裂缝裂缝截截面面距距离离的的增增 加加 裂缝间 裂缝间混凝土混凝土逐渐逐渐参与参与受受拉拉工工作 作 钢筋钢筋应力应力逐渐逐渐减减小 因此小 因此 钢筋钢筋应力应力沿纵向沿纵向的的分布是分布是不不均均匀匀的 的 裂缝裂缝截截面面处钢筋处钢筋应力应力最最大大 裂缝 裂缝中中间间钢筋钢筋应力应力最最小 其小 其差差值值反反映映 了了混凝土参与混凝土参与受受拉拉工工作作的的大大小 小 s ss s s 1 钢筋钢筋应力应力不不均均匀匀系数系数 是是反反映映 裂缝间裂缝间混凝土参混凝土参加加受受拉拉工工作作程程 度的度的影响系数影响系数 ss 第8章 变形和裂缝宽度的计算 M M cr 11 1 s ss s s 1 s 裂缝截面 s 平均应变 s s s Mcr My M s 式式中中 裂缝 裂缝截截面面的的钢筋钢筋应变应变 s与与作作 用弯矩用弯矩 M 成成正比正比 而 而应变应变差差 ss 近似近似与与开开裂时裂时钢筋钢筋应变的应变的 增增量量 s成成正比 正比 s则取决则取决于于开开裂裂 时时截截面面受受拉拉区混凝土区混凝土退出拉退出拉力的力的 大大小小 也也即即与与开开裂时裂时截截面面混凝土混凝土部部 分分所所承承担担的弯矩的弯矩Mc成成正比 正比 所所以 以 sss 与与MMc 成成正比 因正比 因 此 此 可表示为可表示为MMc 的的函函数数 与与MMc 关系关系的的试试验验结结果果为 为 第8章 变形和裂缝宽度的计算 当当 1 0时 时 取取 1 0 对对直接直接承受承受重复重复荷载作用的构件 荷载作用的构件 取取 1 0 第8章 变形和裂缝宽度的计算 hfhbbbhM ctkffc 5 0 8 0 0 hAM ssss M M c 11 1 tess tk f 65 0 1 1 近似取近似取 c 0 67 h h0 1 1 ff s te hbbbh A 5 0 开裂时截面混凝土部分承担的弯矩Mc Mc ftk ch bf hf b Ms下裂缝截面钢筋应力 Ms h 0 ssAs 第8章 变形和裂缝宽度的计算 3 钢筋钢筋应变应变不不均均匀匀系数系数 tesk tk f 65 01 1 0 hA M s sk sk te s te A A te为以为以有有效受效受拉拉混凝土截混凝土截面面积面面积计计 算的受算的受拉拉钢筋配筋率钢筋配筋率 Ate为为有有效受效受拉拉混凝土截混凝土截面面积面面积 对 对 受弯构件受弯构件取取 ffte hbbbhA 5 0 当当 1 0时 取时 取 1 0 对对直接直接承受承受重复重复荷载作荷载作 用的构件 用的构件 取取 1 0 第8章 变形和裂缝宽度的计算 3 钢筋钢筋应变应变不不均均匀匀系数系数 tesk tk f 65 01 1 0 hA M s sk sk te s te A A te为以为以有有效受效受拉拉混凝土截混凝土截面面积面面积计计 算的受算的受拉拉钢筋配筋率钢筋配筋率 Ate为为有有效受效受拉拉混凝土截混凝土截面面积面面积 对 对 受弯构件受弯构件取取 ffte hbbbhA 5 0 第8章 变形和裂缝宽度的计算 E ss s hAE B 2 0 在短在短期期弯矩弯矩Msk 0 5 0 7 Mu范围范围 三三个个参参数数 和和 中中 和和 为常为常数数 而而 随随弯矩弯矩增长而增大增长而增大 该参该参数反数反映了映了裂缝间裂缝间混凝土参与混凝土参与受受拉拉工工作的情况作的情况 随随着着弯矩弯矩增增 加加 由于裂缝间 由于裂缝间粘粘结力的结力的逐渐破逐渐破坏坏 混凝土参与混凝土参与受受拉拉的的程程度度减减 小 平小 平均均应变应变增大增大 逐渐趋逐渐趋于于1 0 抗抗弯弯刚刚度度逐渐降逐渐降低 低 tesk tk f 65 01 1 f E ss s hAE B 5 31 6 2 015 1 2 0 第8章 变形和裂缝宽度的计算 五五 长期 长期荷载作用荷载作用下下的的抗抗弯弯刚刚度度 在在长期长期荷载作用荷载作用下下 由于 由于混凝土混凝土的的徐徐变变 会会使使梁梁的挠度的挠度随随时时 间间增长增长 此 此外外 钢筋与混凝土钢筋与混凝土间间粘粘结结滑移徐滑移徐变变 混凝土混凝土收缩收缩等等 也会也会导致导致梁梁的挠度的挠度增大增大 根据 根据长期长期试试验验观测观测结结果果 长期长期挠度挠度与与 短短期期挠度的比值挠度的比值 可可按按下下式计算 式计算 4 00 2 22 l B MM Sl B M Sf s ls s l 2 l B M Sf l s s ls s l B MM M B 1 长期长期抗抗弯弯刚刚度度 第8章 变形和裂缝宽度的计算 六六 受弯构件的挠度变形受弯构件的挠度变形验验算算 由于弯矩由于弯矩沿沿梁长梁长的变的变化化的 的 抗抗弯弯 刚刚度度沿沿梁长也梁长也是是变变化化的的 但按但按变变刚刚 度度梁梁来来计算挠度变形计算挠度变形很很麻烦麻烦 规范 规范 为为简化简化起起见见 取取同同号号弯弯 矩矩区段区段的的最最大大弯矩弯矩截截面面处处的的最最小小刚刚 度度Bmin 按按等刚等刚度度梁梁来来计算 计算 这样这样挠度的挠度的简化简化计算结计算结果果比比按按 变变刚刚度度梁梁的的理论理论值值略略偏大偏大 但但靠靠近近支支座座处处的的曲率曲率误差误差对对梁梁 的的最最大大挠度挠度影响影响很很小小 且且挠度计算挠度计算 仅仅考虑考虑弯弯曲曲变形的变形的影响影响 实际实际上上还还 存存在一些在一些剪切剪切变形 因此变形 因此按最按最小小刚刚 度度Bmin计算的结计算的结果果与与实测实测结结果果的的误误 差差很很小 小 最 最小小刚刚度度原则 原则 第8章 变形和裂缝宽度的计算 施工期间产生的裂缝和使 用期间产生的裂缝 按裂缝的产生时间 龟裂 横向裂缝 与构件 轴线垂直 纵向裂缝 斜裂缝 八字裂缝 X形交 叉裂缝等 按裂缝的产生原因 非受力因素产生的裂缝和 受力因素产生的裂缝 按裂缝的形态 1 分类 裂缝的裂缝的分分类类与与成成因因裂缝的裂缝的分分类类与与成成因因 第8章 变形和裂缝宽度的计算 固体下沉 表面泌水而引起的 大风 高温使水分从混凝土表面快速蒸 发引起的 龟裂 塑性裂缝 混凝土的收缩受到约束后 产生的裂缝 温度裂缝 大体积混凝土中由于混凝土水化作用产 生的水化热使内外混凝土产生温度差 约束收缩裂缝 施工期间的裂缝 裂缝的裂缝的分分类类与与成成因因裂缝的裂缝的分分类类与与成成因因 2 成因 第8章 变形和裂缝宽度的计算 因施工程序不当而造成的受力裂缝 施工中的 受力裂缝 施工期间的裂缝 楼板 裂缝 裂缝的裂缝的分分类类与与成成因因裂缝的裂缝的分分类类与与成成因因 2 成因 第8章 变形和裂缝宽度的计算 使用期间的裂缝 钢筋锈蚀引起的裂缝 裂缝的裂缝的分分类类与与成成因因裂缝的裂缝的分分类类与与成成因因 2 成因 第8章 变形和裂缝宽度的计算 使用期间的裂缝 钢筋锈蚀引起的裂缝 裂缝的裂缝的分分类类与与成成因因裂缝的裂缝的分分类类与与成成因因 2 成因 第8章 变形和裂缝宽度的计算 使用期间的裂缝 温度 气温 变化引起的裂缝 温度区段 气温升高时 T 裂缝的裂缝的分分类类与与成成因因裂缝的裂缝的分分类类与与成成因因 2 成因 第8章 变形和裂缝宽度的计算 使用期间的裂缝 地基不均匀沉降引起的裂缝 裂缝的裂缝的分分类类与与成成因因裂缝的裂缝的分分类类与与成成因因 2 成因 第8章 变形和裂缝宽度的计算 使用期间的裂缝 外部环境引起的裂缝 冻融循环作用 碱骨料反应 盐类腐蚀 外部环境 酸类腐蚀 裂缝的裂缝的分分类类与与成成因因裂缝的裂缝的分分类类与与成成因因 2 成因 第8章 变形和裂缝宽度的计算 使用期间的裂缝 荷载引起的裂缝 斜裂缝 垂直裂缝 纵向裂缝 拉 弯 剪 扭 粘结等引起的裂缝 目前目前 只只有有在在拉拉 弯状态弯状态下下混混目前目前 只只有有在在拉拉 弯状态弯状态下下混混 凝土凝土凝土凝土横向横向裂缝宽度裂缝宽度横向横向裂缝宽度裂缝宽度的计算的计算理论理论的计算的计算理论理论 比较比较成成熟熟 这这也也是是下面下面所所要要介介比较比较成成熟熟 这这也也是是下面下面所所要要介介 绍绍的的主主要要内内容容绍绍的的主主要要内内容容 2 成因 裂缝的裂缝的分分类类与与成成因因裂缝的裂缝的分分类类与与成成因因 第8章 变形和裂缝宽度的计算 8 2 裂缝宽度计算 荷载荷载引起引起的裂缝宽度的裂缝宽度 一一 裂缝的裂缝的出出现现 分布与分布与开开展展 第8章 变形和裂缝宽度的计算 在裂缝在裂缝出出现现前前 混凝土混凝土和和钢筋钢筋的应变的应变沿沿构件的构件的长长度度基本基本上上是是 均均匀匀分布分布的 的 当当混凝土混凝土的的拉拉应力达到应力达到抗抗拉拉强度时强度时 首先首先会会在构件在构件最薄弱最薄弱截截 面面位置出位置出现第现第一一条条 批批 裂缝 裂缝 裂缝裂缝出出现现瞬瞬间间 裂缝 裂缝截截面面位置位置的的混凝土混凝土退出退出受受拉拉工工作 应力作 应力 为为零零 而而钢筋钢筋拉拉应力应力产生应力应力产生突突增增 s ft 配筋率配筋率越越小 小 s 就越就越大大 由于由于钢筋与混凝土之钢筋与混凝土之间间存存在在粘粘结结 随随着着距距裂缝裂缝截截面面距距离离的的增增 加加 混凝土中混凝土中又又重重新新建立建立起起拉拉应力应力 c 而而钢筋钢筋的的拉拉应力应力则则随随距距 裂缝裂缝截截面面距距离离的的增增加加而减而减小 小 当当距距裂缝裂缝截截面面有有足够足够的的长长度度 l 时 时 混凝土混凝土拉拉应力应力 c增大增大到到ft 此时此时将将出出现现新新的裂缝 的裂缝 第8章 变形和裂缝宽度的计算 如如果果两两条条裂缝的间裂缝的间距距小于小于2 l 则则由于由于粘粘结应力结应力传递传递长长度度不不 够够 混凝土混凝土拉拉应力应力不不可能达到可能达到ft 因此 因此将不会将不会出出现现新新的裂缝 裂的裂缝 裂 缝的间缝的间距距最最终终将将稳稳定在定在 l 2 l 之之间 间 平平均均间间距距可可取取1 5 l 从从第第一一条条 批批 裂缝裂缝出出现现到裂缝全到裂缝全部出部出齐齐为为裂缝裂缝出出现阶段现阶段 该阶段该阶段的荷载的荷载增增量量并不大并不大 主主要要取决取决于于混凝土混凝土强度的强度的离离散散程程度 度 裂缝间裂缝间距距的计算的计算公公式式即即是是以以该阶段该阶段的受力的受力分析建立分析建立的 的 裂缝裂缝出出齐后齐后 随随着着荷载的荷载的继续继续增增加加 裂缝宽度 裂缝宽度不不断断开开展展 裂 裂 缝的缝的开开展展是是由于由于混凝土混凝土的的回回缩缩 钢筋钢筋不不断伸断伸长长 导致钢筋与混导致钢筋与混 凝土之凝土之间产生变形间产生变形差差 这这是是裂缝宽度计算的裂缝宽度计算的依依据据 由于由于混凝土混凝土材料的材料的不不均均匀匀性性 裂缝的 裂缝的出出现现 分布分布和和开开展展具有具有 很很大大的的离离散散性 因此裂缝间性 因此裂缝间距距和宽度和宽度也也是是不不均均匀匀的 的 但但大大量量的的 试试验验统统计计资资料料分析分析表表明明 裂缝间裂缝间距距和宽度的平和宽度的平均均值值具有具有一定一定规规 律律性 性 是钢筋与混凝土之是钢筋与混凝土之间间粘粘结受力结受力机机理理的的反反映映 第8章 变形和裂缝宽度的计算 9 3 裂缝宽度的计算 二二 裂缝间裂缝间距距 ctm Aflu u Af l m ct ctssss AfAA 21 c 0 c ft s1 s2 s1 s2 m luAA mssss 21 d Af m ct df m t 4 1 第8章 变形和裂缝宽度的计算 df u Af l m t m ct 4 1 d Klm 上上式表式表明明 当当配筋率配筋率 相相同同时 时 钢筋直钢筋直径径越越细细 裂缝间 裂缝间距距越越 小 裂缝宽度小 裂缝宽度也也越越小 小 也也即即裂缝的裂缝的分布分布和和开开展展会密而会密而细细 这这是是 控制控制裂缝宽度的一裂缝宽度的一个个重重要要原则原则 但但上上式式中中 当当d 趋趋于于零零时 裂缝间时 裂缝间距距趋趋于于零零 这这并不并不符符合合实实 际际情况 情况 试试验验表表明明 当当d 很很大大时 裂缝间时 裂缝间距距趋近趋近于于某某个个常常数数 该该数数值值 与与保保护层护层c 和和钢筋钢筋净净间间距有距有关关 根据 根据试试验验分析分析 对 对上上式式修修正如正如 下下 d KcKlm 12 第8章 变形和裂缝宽度的计算 对于受弯构件对于受弯构件 可 可将将受受拉拉区区近似近似作为一作为一 轴轴心心受受拉拉构件 根据构件 根据粘粘结力的结力的有有效效影响影响 范围范围 取取有有效受效受拉拉面积面积Ate 0 5bh bf b hf 因此 因此将将式式中配筋率中配筋率 的用以的用以下下受受 拉拉区有区有效效配筋率配筋率替换后替换后 即即可用于受弯可用于受弯 构件构件 d KcKlm 12 ff s te hbbbh A 5 0 te m d KcKl 12 采采用用 te后后 裂缝间 裂缝间距距可可统统一表示为 一表示为 第8章 变形和裂缝宽度的计算 根据根据试试验验资资料料统统计计分析分析 并考虑并考虑受力受力特征特征的的影响影响 对于常用的 对于常用的 带带肋肋钢筋钢筋 规范 规范 给出给出的平的平均均裂缝间裂缝间距距lm的计算的计算公公式为 式为 受弯构件受弯构件 te m d cl 08 09 1 轴轴心心受受拉拉构件构件 08 09 1 1 1 te m d cl c 最外最外层层纵向纵向受受拉拉钢筋钢筋外边缘外边缘到受到受拉拉区区底底边边的的距距离离 mm 当当c 20mm时 时 取取c 20mm d 钢筋直钢筋直径径 mm 当当用用不不同直同直径径的的钢筋钢筋时 时 d改改用用换换算算直直 径径deq 第8章 变形和裂缝宽度的计算 三三 裂缝宽度裂缝宽度 mcmsm llw 85 0 1 s c s sk ss E m s sk m l E w 85 0 平平均均裂缝宽度裂缝宽度 m s c s l 1 第8章 变形和裂缝宽度的计算 实测实测表表明明 裂缝宽度 裂缝宽度具有很具有很大大的的离离散散性 性 取实测取实测裂缝宽度裂缝宽度wt与与上上述述计算的平计算的平均均裂缝宽度裂缝宽度wm的比值为的比值为 大大量量裂缝裂缝量测量测结结果果统统计表计表明明 的的概概率率密密度度分布基本分布基本为正态 为正态 取取超超越越概概率率为为5 的的最最大大裂缝宽度可由裂缝宽度可由下下式式求求得得 645 11 max m ww 式式中中 为裂缝宽度变为裂缝宽度变异异系数系数 对受弯构件 对受弯构件 试试验验统统计计得得 0 4 故 故取取裂缝裂缝扩扩大系数大系数 1 66 对于对于轴轴心心受受拉拉和和偏心偏心受受拉拉构件 由构件 由试试验验结结果果统统计计得最得最大大裂缝宽裂缝宽 度的度的扩扩大系数大系数为为 1 9 第8章 变形和裂缝宽度的计算 长期长期荷载的荷载的影响 影响 由于由于混凝土混凝土的的滑移徐滑移徐变变和和拉拉应力的应力的松弛松弛 会会导致导致裂缝间裂缝间混凝土混凝土不不断断退出退出受受拉拉工工作 作 钢筋钢筋平平均均应变应变增大增大 使裂缝使裂缝随随时间时间推推移逐渐移逐渐增大增大 混凝土混凝土的的收缩收缩也也使裂缝间使裂缝间混凝土混凝土的的长长度度缩缩短 短 也引起也引起裂缝裂缝随随时时 间间推推移移不不断断增大增大 荷载的变荷载的变动动 环境温环境温度度的变的变化化 都都会会使使钢筋与混凝土之钢筋与混凝土之间的间的粘粘 结受到结受到削削弱弱 也将也将导致导致裂缝宽度裂缝宽度不不断断增大增大 根据根据长期长期观测观测结结果果 长期长期荷载荷载下下裂缝的裂缝的扩扩大系数大系数为为 l 1 5 m s ss lml l E ww 85 0 max 08 09 1 max tes ss cr d c E w 第8章 变形和裂缝宽度的计算 m s ss lml l E ww 85 0 max 08 09 1 max tes ss cr d c E w 轴轴心心受受拉拉构件构件 cr 1 5 1 9 0 85 1 1 2 7 受弯构件受弯构件 cr 1 5 1 66 0 85 2 1 第8章 变形和裂缝宽度的计算 m s ss lml l E ww 85 0 max 08 09 1 max tes ss cr d c E w 保保护层护层越越厚厚 裂缝宽度 裂缝宽度越越大大保保护层护层越越厚厚 裂缝宽度 裂缝宽度越越大大 第8章 变形和裂缝宽度的计算 m s ss lml l E ww 85 0 max 08 09 1 max tes ss cr d c E w 第8章 变形和裂缝宽度的计算 裂缝裂缝控制控制 规范 规范 根据结构构件根据结构构件所所处处环境环境类类别别 钢筋钢筋种种类类对对腐蚀腐蚀的的敏敏感感 性 以性 以及及荷载作用时间 荷载作用时间 将将裂缝裂缝控制控制分分为为三三个等个等级级 一一级级 严格严格要要求不求不出出现现裂缝的构件裂缝的构件 按按荷载标准荷载标准组合组合计算时 计算时 构件受构件受拉边缘拉边缘混凝土混凝土不不应产生应产生拉拉应力 应力 二二级级 一一般般要要求不求不出出现现裂缝的构件裂缝的构件 按按荷载标准荷载标准组合组合计算时 计算时 构件受构件受拉边缘拉边缘混凝土混凝土不不应应大大于于混凝土抗混凝土抗拉拉强度标准值强度标准值 而 而按按荷荷 载准载准永永久久组合组合计算时 构件受计算时 构件受拉边缘拉边缘混凝土混凝土不不宜宜出出现现拉拉应力 应力 有有可靠可靠经经验验时可适时可适当当放松放松 三三级级 允许允许出出现现裂缝的构件裂缝的构件 按按荷载标准荷载标准组合并考虑长期组合并考虑长期作用作用 影响影响计算时 构件的计算时 构件的最最大大裂缝宽度应裂缝宽度应满足附满足附表表4 3规规定的限值 定的限值 附表4 3 裂缝控制等级与裂缝宽度限值 钢筋混凝土结构预应力混凝土结构环境 类别裂缝控制等级最大裂缝宽度限值裂缝控制等级最大裂缝宽度限值 一三 0 3 三 0 2 二三 0 2 二 三三 0 2 一 第8章 变形和裂缝宽度的计算 钢筋有效约束区与裂缝宽度 第8章 变形和裂缝宽度的计算 第8章 变形和裂缝宽度的计算 第8章 变形和裂缝宽度的计算 第8章 变形和裂缝宽度的计算 8 4 混凝土混凝土结构的耐久性结构的耐久性 混凝土混凝土结构应能在结构应能在自然自然和和人人为为环境环境的的化学化学和和物理物理作用作用下下 满满 足足在在规规定的定的设设计计工工作作寿寿命命内内不不出出现现无法无法接接受的承载力受的承载力减减小小 使用功能使用功能降降低和低和不不能能接接受的受的外观破外观破损损等等耐久性要耐久性要求求 耐久性耐久性是是指指结构在结构在预预定定设设计计工工作作寿寿命命期期内内 在正常 在正常维护维护条条件件 下下 不需不需要要进进行大行大修修和和加加固满足固满足 而而满足满足正常使用和安全功正常使用和安全功 能要能要求求的能力 的能力 对于一对于一般建般建筑筑结构 结构 设设计计工工作作寿寿命为命为50年年 重重要的要的建建筑筑物物可可 取取100年年 近近年年来来 随随着着建建筑市场筑市场化化的的发发展展 业业主也主也可以对可以对建建筑筑的的寿寿命命 提提出出更更高高要要求求 对于其 对于其它它土土木木工程工程结构 根据其功能要结构 根据其功能要求求 设设计计工工作作寿寿命命也也有有差差别别 如 如桥梁桥梁工程工程一一般般要要求求在在100年年以以上上 第8章 变形和裂缝宽度的计算 Highway Bridge in Service New York State US 第8章 变形和裂缝宽度的计算 第8章 变形和裂缝宽度的计算 第8章 变形和裂缝宽度的计算 第8章 变形和裂缝宽度的计算 第8章 变形和裂缝宽度的计算 世界世界上上经济发经济发达达国家国家的的工程建工程建设大体上设大体上经历经历了三了三个个阶段阶段 大大规规模模建建设设 新 新建与建与改改建建 维修维修并并重重 重重点点转转向向既既有建有建筑筑物物的的维修改维修改造造 目前目前经济发经济发达达国家国家处处于于第三阶段第三阶段 结构因耐久性 结构因耐久性不不足足而失而失 效 效 或或为为保证保证继续继续正常使用正常使用而而付付出出巨巨大大维修维修代价代价 这这使使得得 耐久性耐久性问题问题变变得得十十分分重重要 要 第8章 变形和裂缝宽度的计算 我我国国50年年代代开开始始大大规规模模建建设设的的工程工程项项目目 由于 由于当当时时经济经济基基础础 薄弱薄弱 材料标准和 材料标准和设设计标准计标准都都较低 较低 除除一些一些重重要的要的工程工程项项目目 目前目前需需要要继续维继续维持持其使用其使用外外 其 其它它大大部部分工程分工程已已达到其使用达到其使用 寿寿命 命 我我国国真真正正进进入入大大规规模模建建设设是是在在改改革革开开放放以以后后 因此 因此国国外外发发达达 国家国家在耐久性在耐久性上上所所遇遇到的到的问题问题应应引起引起我我国国工程工程技术技术人人员员的的足足 够够重重视视 避免避免重重蹈蹈发发达达国家国家的的覆辙覆辙 对 对国家经济国家经济建建设造成设造成巨巨 大大浪费浪费 第8章 变形和裂缝宽度的计算 第8章 变形和裂缝宽度的计算 碳化 一一 影响 影响混凝土混凝土结构耐久性的因结构耐久性的因素素一一 影响 影响混凝土混凝土结构耐久性的因结构耐久性的因素素 内内部部因因素素 混凝土混凝土强度强度 渗渗透透性性 保保护层厚护层厚度度 水水泥品泥品种种 标标号号和用和用量量 外加外加剂剂等等 外部外部因因素素 环境温环境温度度 湿湿度度 CO2含含量量 侵侵蚀蚀性性介介质质等等 第8章 变形和裂缝宽度的计算 1 混凝土混凝土的的冻融冻融破破坏坏 混凝土混凝土水水化化结结硬硬后后 内内部部有很有很多毛多毛细细孔孔 在 在浇浇筑筑混凝土混凝土时 时 为为得得到到必必要的和要的和易易性 性 往往往往会会比水比水泥泥水水化化所所需需要的水要的水多多些 些 多余多余的水的水份份滞留滞留在在混凝土混凝土毛毛细细孔孔中中 低 低温温时水时水份份因结因结冰冰产生产生 体积体积膨胀膨胀 引起引起混凝土内混凝土内部部结构结构破破坏坏 反反复复冻融多次冻融多次 就就会会使使混凝土混凝土的的损损伤累伤累积积达到一定达到一定程程度度而引而引 起起结构结构破破坏坏 防止防止混凝土混凝土冻融冻融破破坏坏的的主主要要措施措施是是降降低水低水灰灰比比 减减少少混凝土混凝土 中中多余多余的水的水份份 冬季施冬季施工工时 应时 应加加强强养养护护 防止防止早早期期受受冻冻 并并掺入掺入防防冻剂冻剂等等 第8章 变形和裂缝宽度的计算 2 混凝土混凝土的的碱集碱集料料反反应应 混凝土混凝土集集料料中中的的某某些些活性活性矿矿物物与混凝土与混凝土微孔微孔中中的的碱碱性性溶液溶液 产生产生化学化学反反应称为应称为碱集碱集料料反反应 应 碱集碱集料料反反应产生的应产生的碱碱 硅酸盐硅酸盐凝凝胶胶 吸吸水水后后会会产生产生膨胀膨胀 体体 积积可可增大增大3 4倍倍 从而从而混凝土混凝土的的剥落剥落 开 开裂裂 强度强度降降低 低 甚甚 至至导致导致破破坏坏 引起引起碱集碱集料料反反应应有三有三个个条条件件 混凝土混凝土的的凝凝胶胶中有中有碱碱性性物质物质 这这种种碱碱性性物质物质主主要要来来自自于水于水 泥泥 若若水水泥泥中中的的含碱含碱量量 Na2O K2O 大 大于于0 6 以以上上时 时 则则会会很很快快析析出出到水到水溶液溶液中中 遇遇到活性到活性骨骨料料则则会会产生产生反反应应 骨骨料料中有中有活性活性骨骨料料 如 如蛋白石蛋白石 黑硅石黑硅石 燧石燧石 玻璃玻璃质质火火 山石山石 安安山石山石等等含含SiO2的的骨骨料料 水水分分 碱骨碱骨料料反反应的应的充充分分条条件件是有是有水水分分 在 在干燥干燥环境环境下下很很 难难发发生生碱骨碱骨料料反反应 应 第8章 变形和裂缝宽度的计算 3 侵侵蚀蚀性性介介质质的的腐蚀腐蚀 硫酸盐硫酸盐腐蚀腐蚀 硫酸盐溶液硫酸盐溶液与与水水泥石泥石中中的的氢氧氢氧化化钙钙及及水水化化铝铝酸酸 钙钙发发生生化学化学反反应 生应 生成成石石膏膏和和硫硫铝铝酸酸钙钙 产生 产生体积体积膨胀膨胀 使 使混混 凝土凝土破破坏坏 硫酸盐除硫酸盐除在一些在一些化工化工企企业业存存在在外外 海海水水及及一些一些土土壤壤 中中也也存存在 在 当当硫酸盐硫酸盐的的浓浓度度 以以SO2的的含含量量表示表示 达到达到2 时 时 就就会会产生产生严严重重的的腐蚀腐蚀 酸酸腐蚀腐蚀 混凝土是混凝土是碱碱性材料 性材料 遇遇到到酸酸性性物质物质会会产生产生化学化学反反 应 使应 使混凝土混凝土产生裂缝产生裂缝 脱脱落落 并并导致导致破破坏坏 酸酸不不仅存仅存在于在于化化 工工企企业业 在 在地地下下水 水 特特别别是是沼泽地沼泽地区或区或泥泥炭地炭地区区广泛广泛存存在在碳碳酸酸 及及溶溶有有CO2的水 此的水 此外外有有些些油脂油脂 腐腐植植质质也也呈呈酸酸性 对性 对混凝土混凝土 有有腐蚀腐蚀作用 作用 海海水水腐蚀腐蚀 在在海港海港 近近海海结构结构中中的的混凝土混凝土构构筑筑物物 经经常常收收到到 海海水的水的侵侵蚀蚀 海海水水中中的的NaCl MgCl2 MgSO4 K2SO4等成等成 分分 尤尤其其是是Cl 和和硫酸硫酸镁镁对对混凝土有混凝土有较强的较强的腐蚀腐蚀作用 在作用 在海岸飞海岸飞 溅溅区区 受到 受到干湿干湿的的物理物理作用 作用 也也有有利利于于Cl 和和SO4的的渗渗入入 极 极易易 造成造成钢筋钢筋锈锈蚀蚀 第8章 变形和裂缝宽度的计算 贵州铝厂 柱开胀 第8章 变形和裂缝宽度的计算 嘉裕关 结构梁腐蚀破坏 第8章 变形和裂缝宽度的计算 碱泉村 第8章 变形和裂缝宽度的计算 墙面 第8章 变形和裂缝宽度的计算 高架桥墩 第8章 变形和裂缝宽度的计算 青海化工厂 桥柱 第8章 变形和裂缝宽度的计算 青海化工厂 桥面护栏 第8章 变形和裂缝宽度的计算 团结湖 桥柱 第8章 变形和裂缝宽度的计算 沈阳 山海关高速公路路椽石 第8章 变形和裂缝宽度的计算 沈阳 山海关掺入硅灰 减水剂 超细粉煤灰的路缘 第8章 变形和裂缝宽度的计算 第8章 变形和裂缝宽度的计算 4 混凝土混凝土的的碳碳化化 混凝土中混凝土中碱碱性性物质物质 Ca OH 2 使使混凝土内混凝土内的的钢筋钢筋表表明明形形成成 氧氧化化膜膜 它它能能有有效效地地保保护护钢筋钢筋 防止防止钢筋钢筋锈锈蚀蚀 但但由于由于大大气气中中的的二二氧氧化化碳碳 CO2 与混凝土中与混凝土中的的碱碱性性物质物质 发发生生反反应 应 使使混凝土混凝土的的Ph值值降降低低 其 其他他物质物质 如 如SO2 H2S 也也能能与混凝土中与混凝土中的的碱碱性性物质物质发发生生类似类似的的反反应 使应 使混凝混凝 土土的的Ph值值降降低 低 这就这就是混凝土是混凝土的的碳碳化化 当当混凝土混凝土保保护层护层被碳被碳化化到到钢筋钢筋表表面面时时 将将破破坏钢筋坏钢筋表表面面的的 氧氧化化膜膜 引起引起钢筋钢筋的的锈锈蚀蚀 此 此外外 碳碳化化还还会会加加剧剧混凝土混凝土的的 收缩收缩 可 可导致混凝土导致混凝土的的开开裂 裂 因此 因此 混凝土混凝土的的碳碳化是混凝土化是混凝土结构耐久性的结构耐久性的重重要要问题问题 混凝土混凝土的的碳碳化化从从构件表构件表面开面开始始向向内内发发展展 到 到保保护层护层完完全全碳碳 化化 所所需需要的时间要的时间与与碳碳化化速速度度 混凝土混凝土保保护层厚护层厚度度 混凝混凝 土土密密实实性性以以及及覆覆盖盖层层情况情况等等因因素素有有关关 第8章 变形和裂缝宽度的计算 1 环境环境因因素素 碳碳化化速速度度主主要要取决取决于于空气空气中中的的CO2浓浓度度和和向向混凝土中混凝土中的的扩散扩散 速速度度 空气空气中中的的CO2浓浓度度大大 混凝土内混凝土内外外CO2浓浓度度梯梯度度也也愈愈 大大 因 因而而CO2向向混凝土内混凝土内的的渗渗透透速速度度快快 碳碳化化反反应应也也快快 空气空气湿湿度度和和温温度度对对碳碳化化反反应应速速度度有有较较大影响大影响 因为 因为碳碳化化反反应应 要产生水要产生水份份向外向外扩散扩散 湿湿度度越越大大 水 水份份扩散扩散越越慢慢 当当空气空气相相 对对湿湿度度大大于于80 碳碳化化反反应的应的附附加加水水份份几几乎乎无法无法向外向外扩散扩散 使使碳碳化化反反应应大大大大降降低 低 而而在极在极干燥干燥环境环境下下 空气空气中中的的CO2无法无法溶溶于于混凝土中混凝土中的的孔孔隙隙 水水中中 碳碳化化反反应应也也无法进无法进行行 试试验验表表明明 当当混凝土混凝土周周围围介介质质的的相对相对湿湿度为度为50 75 时时 混凝土混凝土碳碳化化速速度度最最快快 环境温环境温度度越越高高 碳碳化化的的化学化学反反应应速速度度 越越快快 且且CO2向向混凝土内混凝土内的的扩散扩散速速度度也也越越快快 第8章 变形和裂缝宽度的计算 2 材料因材料因素素 水水泥泥是混凝土中是混凝土中最最活活跃跃的的成成分分 其 其品品种种和用和用量决量决定定了了单单位位体体 积积中中可可碳碳化物质化物质的的含含量量 因 因而而对对混凝土混凝土碳碳化有化有重重要要影响影响 单单位位体积体积中中水水泥泥的用的用量越量越多多 会会提提高混凝土高混凝土的强度 的强度 又又会会提提 高混凝土高混凝土的的抗抗碳碳化化性能 性能 水水灰灰比比也也是是影响影响碳碳化化的的主主要因要因素素 在水 在水泥泥用用量量不不变的变的条条件件 下下 水 水灰灰比比越越大大 混凝土内混凝土内部部的的孔孔隙隙率率也也越越大大 密密实实性性就越就越 差差 CO2的的渗渗入入速速度度越越快快 因 因而而碳碳化化的的速速度度也也越越快快 水水灰灰比比大会大会使使混凝土混凝土孔孔隙隙中中游游离离水水增增多多 有有利利于于碳碳化化反反应 应 混凝土中混凝土中外加外加掺掺合合料和料和骨骨料料品品种种对对碳碳化化也也有有一定的一定的影响影响 第8章 变形和裂缝宽度的计算 3 施施工工养养护护条条件件 混凝土混凝土搅拌搅拌 振振捣捣和和养养护护条条件件影响影响混凝土混凝土的的密密实实性性 因 因而而对对碳碳 化有化有较较大影响大影响 此 此外外 养养护护方方法法与与龄龄期期对对水水泥泥的水的水化程