第09章 变形、裂缝宽度验算与耐久性设计-6学时

1、混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 学习目标学习目标 掌握混凝土构件第掌握混凝土构件第阶段的基本特性，包括截面应阶段的基本特性，包括截面应 力分布、裂缝开展的机理等以及影响这些特性的主力分布、裂缝开展的机理等以及影响这些特性的主 要因素；要因素； 掌握裂缝宽度、截面受弯刚度的定义及其裂缝宽度掌握裂缝宽度、截面受弯刚度的定义及其裂缝宽度 与构件挠度的验算方法；与构件挠度的验算方法； 熟悉混凝土结构耐久性的意义、主要影响因素、混凝熟悉混凝土结构耐久性的意义、主要影响因素、混凝 土的碳化、钢筋的锈蚀以及耐久性设计的一般概念。土的碳化、钢筋的锈蚀以及耐久性设计的一般概念。 混凝土结构设计原理混凝土结

2、构设计原理 教学提示教学提示 本章应对裂缝的发展机理予以重点阐述。本章应对裂缝的发展机理予以重点阐述。 应讲清短期刚度和长期刚度的区别以及挠度应讲清短期刚度和长期刚度的区别以及挠度 计算的最小刚度原则。计算的最小刚度原则。 应明确混凝土结构的耐久性应根据环境类别应明确混凝土结构的耐久性应根据环境类别 和设计使用年限进行设计。和设计使用年限进行设计。 本章的难点是裂缝出现及发展的过程、裂缝本章的难点是裂缝出现及发展的过程、裂缝 的随机性以及影响裂缝宽度的主要因素。的随机性以及影响裂缝宽度的主要因素。 第九章 裂缝宽度和变形的验算 保证保证适用性适用性和和耐久性耐久性。 主要是主要是裂缝宽度裂缝宽

3、度、受弯构件的、受弯构件的挠度挠度。 一是荷载一是荷载采用标准值、准永久值；采用标准值、准永久值； 二是材料强度二是材料强度采用标准值。采用标准值。 正常使用极限状态的正常使用极限状态的荷载效应组合值荷载效应组合值 变形、裂缝宽度的变形、裂缝宽度的限值限值。见。见建工教材建工教材P322 P323的的 附表附表4 41 1、 4 43 3 。 n i k QiCiKQGK SSSS 2 1 n i k QiqiGK SSS 1 qi -准永久系数准永久系数，民用建筑一般为，民用建筑一般为0.30.5。 荷载标准组合值荷载标准组合值约为约为基本组合值的基本组合值的50%70% 第九章 裂缝宽度和

4、变形的验算 第九章 裂缝宽度和变形的验算 1、保证建筑、保证建筑使用功能使用功能的要求。的要求。 2、防止对、防止对结构构件结构构件产生不良影响。产生不良影响。 3、防止对、防止对非结构构件非结构构件产生不良影响。产生不良影响。 4、保证、保证使用者的感觉使用者的感觉在可接受的程度之内。在可接受的程度之内。 f f lim f P 第九章 裂缝宽度和变形的验算 受弯构件的挠度限值受弯构件的挠度限值 构构 件件 类类 型 型 挠度限值挠度限值（以计算跨度（以计算跨度 l0计算）计算） 吊车梁吊车梁：手动吊车：手动吊车 电动吊车电动吊车 l0/500 l0/600 屋盖、楼盖及楼梯构件屋盖、楼盖及

5、楼梯构件 ： ： 当当 l0 9m 时 时 l0/200(l0/250) l0/250(l0/300) l0/300(l0/400) -建工教材建工教材P322的附表的附表4 41 1 第九章 裂缝宽度和变形的验算 f P 2 4 48 5 384 5 l EI M EI ql f 2 3 12 1 48 1 l EI M EI Pl f 2 2 lS l EI M Sf EI M M EI 可见，可见， EIM 第九章 裂缝宽度和变形的验算 M 0 弹性梁弹性梁 钢筋混凝土钢筋混凝土适筋适筋梁梁 Mcr My Mu 中和轴中和轴 随随荷载的增加荷载的增加而减小；而减小； 随随时间的增加时间的

6、增加而减小；而减小； 沿沿构件跨度构件跨度是变化的。是变化的。 随随配筋率的增加配筋率的增加而增加；而增加； Mk tg =Bs Bs =0.85EcI0 Bs = tg = Mk / 第九章 裂缝宽度和变形的验算 （在荷载效应在荷载效应标准组合标准组合作用下的刚度称作用下的刚度称短期刚度短期刚度B BS S） f E ss s hAE B 5 . 31 6 2 . 015. 1 2 0 k s M B 由前述可知： 第九章 裂缝宽度和变形的验算 lm- cm lm lm+ sm lm r lm( cm + sm) lm Mk Mk h0 由三角形相似得由三角形相似得 0 1 hr cmsm

7、由数学可知由数学可知 0 1 hr cmsm cmsm k s hM B 0 中和轴中和轴 0 hA M s k sk 第九章 裂缝宽度和变形的验算 wwck ck x x0 0 h0 skAs C h0 Mk 0 hAE M E ss k s sk sksm 2 0 2 0 2 0 bhE M bhE M bhE M E c k c kc c k c c ck cckccm wx wx 2 00 bh M k ck wx （由右图可得由右图可得） 第九章 裂缝宽度和变形的验算 将将代入公式代入公式 后得：后得： cmsm k s hM B 0 E ss s hAE B 2 0 1、-开裂截面

8、的内力臂系数开裂截面的内力臂系数 试验表明，试验表明，当当Mk =（0.50.7）Mu时，时， 内力臂的变化也不大，内力臂的变化也不大， 值在值在0.830.93之间波动。之间波动。 规范规范取取 =0.87。 第九章 裂缝宽度和变形的验算 反映了裂缝间混凝土反映了裂缝间混凝土 参与受拉工作参与受拉工作的程度。的程度。 ss 钢筋应变钢筋应变 砼应变砼应变 第九章 裂缝宽度和变形的验算 s ss s s - -1 平均应变平均应变 s D D s 裂缝截面应变裂缝截面应变 s Mcr My 可表示为可表示为Mcr / Mk的函数的函数 另外，另外， s与作用弯矩与作用弯矩Mk成正比成正比 第九

9、章 裂缝宽度和变形的验算 )( ss -与与Mcr近似成正比近似成正比 )( ss - （由右图可知由右图可知： 与与DDs近似成正比近似成正比 而而DDs又与又与Mcr近似成正比近似成正比 s- s Mk 0.2 0.2 0.0 0.4 0.6 0.8 1.0 1.0 - k cr M M 11 . 1 当当 1.0时，取时，取 =1.0； 对直接承受重复荷载的构件，取对直接承受重复荷载的构件，取 =1.0。 第九章 裂缝宽度和变形的验算 Mcr、 Mk hfhbbbhM ctkffcr )(5 . 0 8 . 0- ftk b ch bf hf 第九章 裂缝宽度和变形的

10、验算 0 hAM sskk skAs h0 - k cr M M 11 . 1 及及Mcr、 Mk代入代入 ff s te hbbbh A )(5 . 0- skte tk f 65. 01 . 1- 并近似取并近似取 c/ =0.67，h/h0=1.1后得后得 第九章 裂缝宽度和变形的验算 将将 对轴心受拉构件对轴心受拉构件：取构件截面面积；取构件截面面积； 对受弯、偏压、偏拉构件对受弯、偏压、偏拉构件：取：取Ate=0.5bh+(bf-b)hf。 0.5h0.5h 第九章 裂缝宽度和变形的验算 s k sk Ah M 0 87. 0 te s te A A te为以为以有效受拉砼截面面积有

11、效受拉砼截面面积 计算的受拉钢筋配筋率计算的受拉钢筋配筋率 3、 -受压区边缘混凝土平均应变受压区边缘混凝土平均应变综合综合系数系数 试验表明，试验表明，当当Mk =（0.50.7）Mu时，时， 系数系数 的变化很小，的变化很小，规范规范取：取： f EE 5 . 31 6 2 . 0 0 )( bh hbb ff f - f -受压翼缘加强系数受压翼缘加强系数 第九章 裂缝宽度和变形的验算 f E ss s hAE B 5 . 31 6 2 . 015. 1 2 0 第九章 裂缝宽度和变形的验算 将参数将参数 、 代入代入 后得后得 E ss s hAE B 2 0 受压区混凝土的受压区混凝

12、土的徐变徐变； 受拉区混凝土的受拉区混凝土的应力松弛应力松弛； 钢筋与混凝土间钢筋与混凝土间粘结滑移徐变粘结滑移徐变； 混凝土混凝土收缩收缩等会导致梁的等会导致梁的刚度减小刚度减小、挠度增大挠度增大。 第九章 裂缝宽度和变形的验算 按按荷载效应标准组合荷载效应标准组合并考虑并考虑荷载长期作用荷载长期作用影响的刚度。影响的刚度。 -4 . 00 . 2 s kq k B MM M B - ) 1( 第九章 裂缝宽度和变形的验算 ： -考虑考虑荷载长期作用荷载长期作用对对挠度增大挠度增大的影响系数的影响系数。 对对翼缘位于受拉区翼缘位于受拉区的倒的倒T形截面，形截面， 应增加应增加20%。 第九章

13、 裂缝宽度和变形的验算 1 由由M、B、1/r间的关系有间的关系有 S q B M r 1 1 S qk B MM r - 2 1 B M rrr k 21 11 s kq k B MM M B - ) 1( 第九章 裂缝宽度和变形的验算 直接应用公式直接应用公式 用结构力学的方法。用结构力学的方法。 f q B ql f 4 384 5 如均布荷载作用下： 虚功原理法虚功原理法（单位力法）（单位力法）等等 第九章 裂缝宽度和变形的验算 最小刚度原则最小刚度原则 忽略剪切变形，忽略剪切变形， 只考虑弯曲变形。只考虑弯曲变形。 在等截面构件中，假定在等截面构件中，假定 同号弯矩区段同号弯矩区段的

14、刚度相等，的刚度相等， 并取用并取用该弯矩区段内最大弯该弯矩区段内最大弯 矩处矩处的刚度。的刚度。 中和轴中和轴 若某跨的刚度满足若某跨的刚度满足 ，则，则 该跨可按该跨可按等刚度等刚度计算，且刚度取计算，且刚度取跨中最大弯矩截面跨中最大弯矩截面 的刚度。的刚度。 弯矩图弯矩图 第九章 裂缝宽度和变形的验算 （1 1）增大截面尺寸；增大截面尺寸； （2 2）施加预应力；施加预应力； （3 3）改变截面形状，如改变截面形状，如增加受压翼缘增加受压翼缘； （4 4）增加配筋量和提高混凝土强度等级增加配筋量和提高混凝土强度等级 对提高对提高 的效果的效果不明显。不明显。 增大截面高度增大截面高度和和

15、施加预应力施加预应力为最有效的措施。为最有效的措施。 视视带裂缝的受弯构件带裂缝的受弯构件为为等刚度的构件等刚度的构件, , 短期挠度短期挠度 f s )(a )(b )(c 第九章 裂缝宽度和变形的验算 crs cr s cr B B M M M M B B 0 22 0 1 - 第九章 裂缝宽度和变形的验算 0 WfM tkcr 00 95.0IEB C crCcr IEB 第九章 裂缝宽度和变形的验算 0 0 2 W S 桥规桥规的长期挠度：的长期挠度：fl = f s C40 C40以下混凝土时：以下混凝土时： = 1.6 C40 C40C80C80混凝土时：混凝土时： = 1.451

16、.35 消除消除结构自重产生的长期挠度结构自重产生的长期挠度后的限值为：后的限值为： 梁式桥主梁的梁式桥主梁的最大挠度最大挠度 l / 600; ; 梁式桥主梁的梁式桥主梁的悬臂端的挠度悬臂端的挠度 l / 300; ; 第九章 裂缝宽度和变形的验算 lim fff sl 第九章 裂缝宽度和变形的验算 当当fl l/1600/1600时，可不设预拱度；时，可不设预拱度； 当当fl l/1600/1600时，应设置预拱度。时，应设置预拱度。 QG ww 2 1 D 第九章 裂缝宽度和变形的验算 2 2、影响、影响l、w大小的大小的本质因素本质因素 1 1、l越大、越大、w越大越大 3 3、减小、

17、减小w的措施：的措施： 第一第一选直径小的变形钢筋；选直径小的变形钢筋； 第二第二增加配筋；增加配筋； 加大截面尺寸加大截面尺寸或或提高混凝土强度等级的提高混凝土强度等级的效果非常有限效果非常有限 （以轴心受拉构件为例）（以轴心受拉构件为例） N1=0Ncr AB 第九章 裂缝宽度和变形的验算 N2=Ncr AB 第九章 裂缝宽度和变形的验算 Nk N3Ncr AB 混凝土实际强度混凝土实际强度 C l l 2l l为通过为通过 粘结应力粘结应力 的的 积累可使砼达积累可使砼达 到到ft 的的长度长度。 第九章 裂缝宽度和变形的验算 NkN4 N3 Ncr ABC lmlm 第九章 裂缝宽度和

18、变形的验算 ABC lmlm 第九章 裂缝宽度和变形的验算 ：混凝土和钢筋的：混凝土和钢筋的应应 变变沿构件的长度基本上是沿构件的长度基本上是均匀分布均匀分布的。的。 ：当构件最薄弱截面：当构件最薄弱截面 的的混凝土达到抗拉强度混凝土达到抗拉强度时。时。 ：裂缝截面的：裂缝截面的混凝土混凝土 退出工作退出工作，应力为零；而，应力为零；而钢筋拉应力突增钢筋拉应力突增DDs；配筋；配筋 率越小，率越小，DDs就越大。就越大。 （以下（以下9 9款与前面图示分析一致，大致说一下即可）款与前面图示分析一致，大致说一下即可） 第九章 裂缝宽度和变形的验算 ：随着距裂缝截面距：随着距裂缝截面距 离的增加，

19、离的增加，混凝土中的拉应力混凝土中的拉应力 c逐渐增加逐渐增加；而；而钢筋中钢筋中 的拉应力则逐渐减小的拉应力则逐渐减小。 ：距裂缝截面：距裂缝截面 处，处， 混凝土拉应力混凝土拉应力 c增大到增大到 时，将出现新的裂缝。时，将出现新的裂缝。 第九章 裂缝宽度和变形的验算 9.2 裂缝宽度验算 ：从第一条（批）裂缝出现到裂缝：从第一条（批）裂缝出现到裂缝 全部出齐为裂缝出现阶段，全部出齐为裂缝出现阶段，该阶段是裂缝间距计算的该阶段是裂缝间距计算的 依据依据。 ：如果：如果裂缝间的距离小于裂缝间的距离小于2 l，则，则 不会出现新的裂缝。裂缝间距最终将稳定在（不会出现新的裂缝。裂缝间距最终将稳定

20、在（l 2 l） 之间，之间，平均间距可取平均间距可取1.5 l。 第九章 裂缝宽度和变形的验算 9.2 裂缝宽度验算 ：裂缝出齐后，荷载继续增：裂缝出齐后，荷载继续增 加，加，混凝土回缩混凝土回缩，钢筋伸长钢筋伸长，两者间的变形差产生裂，两者间的变形差产生裂 缝宽度，这也是缝宽度，这也是裂缝宽度计算的依据裂缝宽度计算的依据。 裂缝的出现、分布、开展以及裂缝间距和宽度具裂缝的出现、分布、开展以及裂缝间距和宽度具 有很大的有很大的离散性离散性； 二是二是裂缝间距和宽度的统计平均值具有一定的裂缝间距和宽度的统计平均值具有一定的规律性规律性。 第九章 裂缝宽度和变形的验算 认为认为钢筋与砼间钢筋与砼

21、间有粘结、有滑移有粘结、有滑移；裂裂 缝宽度缝宽度是裂缝间距范围内是裂缝间距范围内钢筋与混凝钢筋与混凝 土的变形差土的变形差所造成。所造成。 认为认为开裂后钢筋与砼间仍保持可靠粘开裂后钢筋与砼间仍保持可靠粘 结，结，无相对滑动无相对滑动，沿裂缝深度存在，沿裂缝深度存在应应 变梯度变梯度，保护层越厚保护层越厚，表面裂缝越宽，表面裂缝越宽 综合了综合了上述两种理论中影响裂缝宽度上述两种理论中影响裂缝宽度 的的主要因素主要因素，并在，并在统计回归统计回归的基础上的基础上 建立了实用的计算公式。建立了实用的计算公式。 粘结粘结滑移理论滑移理论 无滑移理论无滑移理论 裂缝综合理论裂缝综合理论 第九章 裂

22、缝宽度和变形的验算 9.2 裂缝宽度验算 tetm Aflu 5.1 5.1 s s m tet m A A u Af ll luAA mssss - 21 c=0c=ft s1s2 m s1 s2 m te m d Kl 1 tem t df 8 3 第九章 裂缝宽度和变形的验算 tetssss AfAA- 21 9.2 裂缝宽度验算 ，钢筋直径越细，裂缝间距越小，钢筋直径越细，裂缝间距越小， 裂缝宽度也越小，裂缝宽度也越小， 这是控制这是控制“裂缝宽度裂缝宽度”的一个重要原则的一个重要原则。 ，裂缝间距裂缝间距与混凝土保护层厚度与混凝土保护层厚度c 有关有关， 因此对上式修正如下因此对上式

23、修正如下: te m d Kl 1 第九章 裂缝宽度和变形的验算 te eq m d KcKl 12 iii ii eq dn dn d 2 其中其中 9.2 裂缝宽度验算 mctmmsmm llw- m sm ctm sm l )1 ( - 钢筋应变钢筋应变 砼应变砼应变 第九章 裂缝宽度和变形的验算 85. 0)1 (- sm ctm s sk ssm E m s sk m l E w 85. 0 第九章 裂缝宽度和变形的验算 按按荷载效应标准组合荷载效应标准组合计算计算的裂缝截面处的裂缝截面处 纵向受拉钢筋的应力纵向受拉钢筋的应力。 s k sk A N 第九章 裂缝宽度和变形的验算 0

24、 ss k sk ahA eN - s k sk Ah M 0 87. 0 大偏心受拉构件内力臂近似取大偏心受拉构件内力臂近似取h0-as 第九章 裂缝宽度和变形的验算 zA zeN s k sk - 0 2 0 )1 (12. 087. 0h e h z f - 0 )( bh hbb ff f - 当当hf 0.2h0时，取时，取hf =0.2h0 且且z 0.87h0 2 0 0 0 4000 1 1 h l h e s 当当l0/h 14时，取时，取 s =1.0 第九章 裂缝宽度和变形的验算 （1）实测表明，）实测表明，裂缝宽度分布具有很大的裂缝宽度分布具有很大的离散性离散性。 （2

25、）令）令 实测裂缝宽度实测裂缝宽度wi 平均裂缝宽度平均裂缝宽度wm 统计表明，统计表明， 的概率密度分布基本的概率密度分布基本符合正态分布。符合正态分布。 1.0 1.00 0 0.100.10 0.050.05 0.000.00 2.0 2.0 第九章 裂缝宽度和变形的验算 面积为面积为0.05 ，即具有，即具有95%95%的保证率的保证率。 1.0 1.00 0 0.100.10 0.050.05 0.000.00 2.0 2.0 msm www)645. 11 ( max s荷载标准组合下的荷载标准组合下的裂缝扩大系数裂缝扩大系数 统计表明：统计表明：对对受弯、偏压受弯、偏压构件构件

26、s =1.66; 对对轴拉、偏拉轴拉、偏拉构件构件 s =1.9。 第九章 裂缝宽度和变形的验算 9.2 裂缝宽度验算 混凝土的混凝土的滑移徐变滑移徐变、受拉区混凝土的、受拉区混凝土的应力松弛应力松弛。 混凝土的混凝土的收缩收缩。 荷载荷载变动变动及及环境温度的变化环境温度的变化。 wmax= l swm 根据长期观测结果，根据长期观测结果， 第九章 裂缝宽度和变形的验算 )08. 09 . 1 ( max te eq s sk cr d c E w cr 构件受力特征系数。构件受力特征系数。 对受弯和偏压构件对受弯和偏压构件 cr=2.1； 对偏拉构件对偏拉构件 cr 2.4 ； 对轴拉构件

27、对轴拉构件 cr 2.7 。 skte tk f 65. 01 . 1- iii ii eq dn dn d 2 te s te A A 对对e0 /h0 0.55的的 偏压偏压构件，构件，可不可不 验算验算裂缝宽度。裂缝宽度。 第九章 裂缝宽度和变形的验算 确定最大裂缝宽度限值确定最大裂缝宽度限值 对钢筋混凝土结构：一类环境对钢筋混凝土结构：一类环境 二、三类环境二、三类环境 求最大裂缝宽度求最大裂缝宽度 求求 te te s te A A 求求 sk 先先求求内力标准值（内力标准值（Mk 或或 Nk），）， 再再求求 sk 。 第九章 裂缝宽度和变形的验算 )08. 09 . 1 ( ma

28、x te eq s sk cr d c E w 求求 验算条件验算条件 若不满足，若不满足，怎么办？怎么办？ 第二第二增加配筋；增加配筋； 也可施加预应力；也可施加预应力； 加大截面尺寸、提高砼强度等级的加大截面尺寸、提高砼强度等级的效果非常有限效果非常有限。 第一第一减小钢筋直径、应用变形钢筋；减小钢筋直径、应用变形钢筋； 第九章 裂缝宽度和变形的验算 求求 skte tk f 65. 01 . 1- 是是受拉钢筋位置处受拉钢筋位置处的裂缝宽度，的裂缝宽度， 通常只有通常只有构件表面裂缝宽度构件表面裂缝宽度的的1/51/3。 受拉钢筋对受拉钢筋对离它越远的混凝土离它越远的混凝土的的约束作用越

29、小约束作用越小。 第九章 裂缝宽度和变形的验算 是以是以7.5d为半径为半径的圆的范围。的圆的范围。 约束区约束区内内的裂缝的裂缝密而细密而细， 约束区约束区外外的裂缝的裂缝疏而宽疏而宽。 第九章 裂缝宽度和变形的验算 ) 1028. 0 30 ( 321 d E cccW s ss fk c1 钢筋表面形状系数。钢筋表面形状系数。 对光面钢筋对光面钢筋c1=1.4，带肋钢筋带肋钢筋c1=1.0； c2 荷载长期效应影响系数。荷载长期效应影响系数。 c2=1+0.5Nl / Ns c3 与构件受力性质有关的系数。与构件受力性质有关的系数。 板式受弯构件板式受弯构件c3=1.15，其它受弯构件其

30、它受弯构件 c3=1.0， 轴心受拉构件轴心受拉构件 c3=1.2， 偏心受拉构件偏心受拉构件 c3=1.1， 偏心受压构件偏心受压构件 c3=0.9， 第九章 裂缝宽度和变形的验算 d 纵向受拉钢筋的直径。纵向受拉钢筋的直径。 纵筋配筋率。纵筋配筋率。 =As / bh0+ (bf - b)hf 。 当当0.02时，取时，取=0.02； 当当0.006时，取时，取=0.006； 对于轴拉构件对于轴拉构件 按按全部受拉钢筋面积全部受拉钢筋面积A As s的一半计算。的一半计算。 ss ss开裂截面钢筋应力， 开裂截面钢筋应力，计算公式计算公式同同建工规范建工规范的的sk sk 第九章 裂缝宽度

31、和变形的验算 对钢筋混凝土构件：对钢筋混凝土构件：类、类、类环境类环境 类、类、类环境类环境 第九章 裂缝宽度和变形的验算 第九章 裂缝宽度和变形的验算 9.4 9.4 混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性 是指结构在是指结构在设计规定设计规定的使用年限内，的使用年限内， 在正常维护下在正常维护下不需要不需要进行大修和加固，进行大修和加固， 即能满足即能满足正常使用和安全功能正常使用和安全功能要求的能力。要求的能力。 9.4.1 9.4.1 耐久性的概念耐久性的概念与与主要影响因素主要影响因素 1 1、概念、概念 9.3 9.3 混凝土构件的截面延性混凝土构件的截面延性 下学期介绍下学期介绍

32、第九章 裂缝宽度和变形的验算 2 2、主要影响因素、主要影响因素 内部因素：内部因素： 混凝土强度混凝土强度 密实性密实性 水泥用量水泥用量 水灰比水灰比 氯离子氯离子 碱含量碱含量 外加剂用量外加剂用量 保护层厚度等保护层厚度等 外部因素：外部因素：环境温度环境温度 环境湿度环境湿度 CO2含量含量 侵蚀性介质等侵蚀性介质等 是影响是影响耐久性耐久性的最主要综合因素。的最主要综合因素。 混凝土碳化混凝土碳化 钢筋锈蚀钢筋锈蚀 9.4.2 9.4.2 混凝土的碳化混凝土的碳化 （1 1）混凝土中碱性物质）混凝土中碱性物质（Ca(OH)2）的作用的作用：使混凝土使混凝土 内的内的钢筋表明钢筋表明

33、形成氧化膜，它能形成氧化膜，它能有效地有效地保护钢筋，防止保护钢筋，防止 钢筋钢筋锈蚀。锈蚀。 （2 2）混凝土碳化的概念：）混凝土碳化的概念：大气中的大气中的CO2与混凝土中的与混凝土中的碱碱 性物质性物质发生反应，发生反应，使混凝土的使混凝土的PH值降低值降低，这就是混凝，这就是混凝 土的碳化。土的碳化。 （3 3）碳化引起的危害：）碳化引起的危害：当碳化达到当碳化达到钢筋表面钢筋表面时，时，将破坏将破坏 钢筋表面的钢筋表面的氧化膜氧化膜，引起钢筋的锈蚀。，引起钢筋的锈蚀。 第九章 裂缝宽度和变形的验算 第九章 裂缝宽度和变形的验算 （b）材料因素材料因素 （a）环境因素环境因素 CO2浓

34、度浓度：CO2浓度浓度大大，碳化反应，碳化反应快快。 环境湿度：环境湿度：相对湿度相对湿度50%70%时，碳化速度时，碳化速度快快。 环境温度：环境温度： 环境温度环境温度交替变化交替变化，碳化速度，碳化速度快快， 水泥用量：水泥用量：水泥用量水泥用量多多，抗碳化性能，抗碳化性能高高。 水灰比：水灰比：水灰比水灰比大大，碳化速度，碳化速度快快。 保护层：保护层：保护层保护层厚厚，碳化到钢筋表面的，碳化到钢筋表面的时间长时间长。 （c）施工养护条件施工养护条件：混凝土的密实性。：混凝土的密实性。 （4 4）影响混凝土碳化的因素）影响混凝土碳化的因素 第九章 裂缝宽度和变形的验算 （5 5）减小混

35、凝土碳化的措施）减小混凝土碳化的措施 （a）合理设计混凝土的合理设计混凝土的配合比配合比、 规定规定水泥用量水泥用量的低限值、的低限值、水灰比水灰比的高限值；的高限值； （b）提高混凝土的提高混凝土的密实性密实性、抗渗性抗渗性； （c）规定规定钢筋保护层钢筋保护层的最小厚度；的最小厚度； （d）采用采用水泥砂浆水泥砂浆、涂料等涂料等覆盖面层；覆盖面层； 1 1、钢筋锈蚀的充要条件、钢筋锈蚀的充要条件 必要条件必要条件 表面表面氧化膜氧化膜破坏破坏 充分条件充分条件 含氧含氧水分水分的侵入的侵入 9.4.3 9.4.3 钢筋锈蚀钢筋锈蚀 第九章 裂缝宽度和变形的验算 2 2、钢筋锈蚀的、钢筋锈蚀

36、的电化学反应电化学反应 钢筋表面的钢筋表面的氧化膜氧化膜被破坏后，被破坏后， 在有在有水份水份和和氧气氧气的条件下，就会发生的条件下，就会发生电化学锈蚀电化学锈蚀。 4 4、钢筋锈蚀过程：、钢筋锈蚀过程：先点后面先点后面 3 3、钢筋锈蚀的危害、钢筋锈蚀的危害 锈蚀产生的锈蚀产生的铁锈铁锈（Fe(OH)3），体积膨胀），体积膨胀26倍倍， 引起引起保护层保护层被挤裂，促使被挤裂，促使锈蚀锈蚀加快发展。加快发展。 第九章 裂缝宽度和变形的验算 5 5、防止钢筋锈蚀的主要措施、防止钢筋锈蚀的主要措施 （1）降低降低水灰比水灰比； 保证保证密实度密实度、保护层厚度保护层厚度； 控制控制氯氯含量。含量

37、。 （2）采用采用覆盖层覆盖层，防止，防止CO2、O2、CL 侵入； 侵入； （3）采用采用防腐钢筋防腐钢筋或或在钢筋表面在钢筋表面涂抹涂抹防腐材料防腐材料； （4）对钢筋采用对钢筋采用阴极保护法阴极保护法。 第九章 裂缝宽度和变形的验算 9.4.4 9.4.4 耐久性设计耐久性设计 1 1、耐久性设计的、耐久性设计的目的目的和和基本原则基本原则 在在规定规定的使用年限内，在正常维护下，的使用年限内，在正常维护下， 保持保持适于使用适于使用，满足，满足既定功能既定功能的要求。的要求。 目的：目的： 基本原则：基本原则： 结构使用的环境类别结构使用的环境类别 设计使用年限设计使用年限 进行设计进

38、行设计根据根据 2 2、混凝土结构、混凝土结构使用的环境类别使用的环境类别 混混凝凝土土结结构构的的环环境境类类别别GB50010-2002表表3.4.1 环环境境类类 别别 条条 件件 一一 室室内内正正常常环环境境 a 室室内内潮潮湿湿环环境境； ；非非严严寒寒和和非非寒寒冷冷地地区区的的露露天天环环境境；与与无无侵侵 蚀蚀性性的的水水或或土土壤壤直直接接接接触触的的环环境境 二二 b 严严寒寒和和寒寒冷冷地地区 区的的露露天天环环境境；与与无无侵侵蚀蚀性性的的水水或或土土壤壤直直接接 接接触触的的环环境境 三三 使使用用除除冰冰盐盐的的环环境境； 严严寒寒和和寒寒冷冷地地区区冬冬季季水水

39、位位变变动动的的环环境境； 滨滨海海室室外外环环境境 四四 海海水水环环境境 五五 受受人人为为或或自自然然的的侵侵蚀蚀性性物物质质影影响响的的环环境境 第九章 裂缝宽度和变形的验算 ：见：见建工教材建工教材P322P322附表附表4-24-2 3 3、混凝土结构的、混凝土结构的设计使用年限设计使用年限 第九章 裂缝宽度和变形的验算 一般为一般为50年，重要的可为年，重要的可为100年。年。 （1）耐久性极限状态的）耐久性极限状态的三类定义三类定义 及其相应的及其相应的设计使用年限设计使用年限“T” （a）不允许不允许钢筋锈蚀钢筋锈蚀，混凝土，混凝土保护层保护层完全碳化；完全碳化；T=t1 （

40、b）允许允许钢筋锈蚀钢筋锈蚀一定量值；一定量值；T=t1 +t2 （c）承载力承载力开始下降开始下降； T=t1 +t2 +t3 （2） t1 、t2 、t3的概念的概念 t1 保护层保护层完全完全碳化，钢筋碳化，钢筋表面氧化膜被破坏表面氧化膜被破坏所需的时间；所需的时间； t2 氧化膜被破坏氧化膜被破坏至至钢筋锈蚀钢筋锈蚀一定量一定量所需的时间；所需的时间； t3 （ t1 +t2 ）后）后至至构件承载力构件承载力开始下降开始下降所需的时间；所需的时间； 第九章 裂缝宽度和变形的验算 结构混凝土耐久性的基本要求结构混凝土耐久性的基本要求 GB50010-2002 表表 3.4.2 环境类环境类 别别 最大水最大水 灰比灰比 最小水泥用最小水泥用 量量 (kg/m3) 最低混凝土最低混凝土 强度等级强度等级 最大氯离最大氯离 子含量子含量 (%) 最大碱含量最大碱含量 (kg/m3) 一一 0.65 225 C20 1.0 不限制不限制 a 0.60 250 C25 0.3 3.0 二二 b 0.55 275 C30 0.2 3.0 三三 0.50 300 C30 0.1 3.0 对对一、二、三类一、二、三类环境中，环境中， 设计使用