混凝土结构课件第9章

1、9.1 概述概述9.2 裂缝验算裂缝验算9.3 变形验算变形验算9.4 混凝土构件的截面延性混凝土构件的截面延性9.5 混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性结构构件结构构件的可靠性的可靠性本章的主要内容本章的主要内容具有足够的承载力和变形具有足够的承载力和变形能力能力安全性安全性适用性适用性耐久性耐久性在使用荷载下不产生过大在使用荷载下不产生过大的裂缝和变形的裂缝和变形在一定时期内维持其安全在一定时期内维持其安全性和适用性的能力性和适用性的能力施工期间产生的裂缝和使施工期间产生的裂缝和使用期间产生的裂缝用期间产生的裂缝按裂缝的产生时间按裂缝的产生时间龟裂、横向裂缝（与构件龟裂、横向裂缝（与构件

2、轴线垂直）、纵向裂缝、轴线垂直）、纵向裂缝、斜裂缝、八字裂缝、斜裂缝、八字裂缝、X X形交形交叉裂缝等叉裂缝等按裂缝的产生原因按裂缝的产生原因非受力因素产生的裂缝和非受力因素产生的裂缝和受力因素产生的裂缝受力因素产生的裂缝按裂缝的形态按裂缝的形态1.1.分类分类2.2.成因成因固体下沉，表面泌水而引起的。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大风、高温使水分从混凝土表面快速蒸发引起的（龟裂）。发引起的（龟裂）。（1）塑性裂缝）塑性裂缝混凝土的收缩受到约束后混凝土的收缩受到约束后产生的裂缝产生的裂缝（2）温度裂缝）温度裂缝大体积混凝土中由于混凝土水化作用产大体积混凝土中由

3、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。生的水化热使内外混凝土产生温度差。（3）约束收缩裂缝）约束收缩裂缝1）施工期间的裂缝）施工期间的裂缝因施工程序不当而造成的受力裂缝因施工程序不当而造成的受力裂缝（4）施工中）施工中 的受力裂缝的受力裂缝1）施工期间的裂缝）施工期间的裂缝楼板裂缝2 2）使用期间的裂缝）使用期间的裂缝-钢筋锈蚀引起的裂缝钢筋锈蚀引起的裂缝2 2）使用期间的裂缝）使用期间的裂缝-温度（气温）变化引起的裂缝温度（气温）变化引起的裂缝温度区段气温升高时T2 2）使用期间的裂缝）使用期间的裂缝-地基不均匀沉降引起的裂缝地基不均匀沉降引起的裂缝2 2）使用期间的裂缝）使用

4、期间的裂缝-外部环境引起的裂缝外部环境引起的裂缝冻融循环作用冻融循环作用碱骨料反应碱骨料反应盐类腐蚀盐类腐蚀外部环境外部环境酸类腐蚀酸类腐蚀2 2）使用期间的裂缝）使用期间的裂缝-荷载引起的裂缝荷载引起的裂缝拉、弯、剪、扭、粘结等引起的裂缝拉、弯、剪、扭、粘结等引起的裂缝目前，只有在拉、弯状态下目前，只有在拉、弯状态下混凝土横向裂缝宽度的计算混凝土横向裂缝宽度的计算理论比较成熟。这也是下面理论比较成熟。这也是下面所要介绍的主要内容所要介绍的主要内容斜裂缝！斜裂缝！垂直裂缝！垂直裂缝！纵向裂缝！纵向裂缝！2. 确定裂缝控制的因素：确定裂缝控制的因素：1 1）工作条件、使用要求。）工作条件、使用要

5、求。2 2）环境条件要求。）环境条件要求。1. 裂缝控制的目的：裂缝控制的目的：1 1）结构的外观要求。）结构的外观要求。 不影响外观效果，不引起使用者心理上的不安。不影响外观效果，不引起使用者心理上的不安。2 2）保护钢筋，保证结构的耐久性。）保护钢筋，保证结构的耐久性。 在室内，可以适当放宽，一般现在以在室内，可以适当放宽，一般现在以 0.25-0.300.25-0.30mm为限。为限。裂缝控制裂缝控制等级等级严格要求不出现裂缝，严格要求不出现裂缝，按荷载按荷载标准组合标准组合计算时，构件受拉边计算时，构件受拉边缘混凝土不应出现拉应力缘混凝土不应出现拉应力一级一级二级二级三级三级一般要求不

6、出现裂缝，一般要求不出现裂缝，按荷载按荷载标准组合标准组合计算时，构件受拉边计算时，构件受拉边缘混凝土可出现拉应力，缘混凝土可出现拉应力，但但 ftk允许出现裂缝，允许出现裂缝，按荷载按荷载准永久准永久组合组合并考虑荷载长期作用影响，并考虑荷载长期作用影响，验算裂缝宽度验算裂缝宽度3. 裂缝的控制等级：裂缝的控制等级：limmaxww 由不同由不同规范规范根据具体根据具体情况确定（附表情况确定（附表16）1.1.开裂前构件中的应力开裂前构件中的应力cEccss EE构件处于弹性，各截面构件处于弹性，各截面钢筋、混凝土的应力相同钢筋、混凝土的应力相同 2.2.裂缝对构件应力的影响裂缝对构件应力的

7、影响在最弱截面在最弱截面a-aa-a出现第一条裂缝，出现第一条裂缝，钢筋应力剧增，混凝土应力降为钢筋应力剧增，混凝土应力降为0 0，两者产生相对滑移两者产生相对滑移；离开裂；离开裂截面一定距离后，两者应力恢复截面一定距离后，两者应力恢复到开裂前状态到开裂前状态3.3.有多条裂缝时构件的应力有多条裂缝时构件的应力如材质较均匀，如材质较均匀，裂缝间距均匀裂缝间距均匀分布分布，钢筋和混凝土应力随裂，钢筋和混凝土应力随裂缝位置呈波浪形变化，稳定后缝位置呈波浪形变化，稳定后不再出现新裂缝，原有裂缝延不再出现新裂缝，原有裂缝延伸开展伸开展l l m s sm c cm粘结应力的粘结应力的传递长度传递长度裂

8、缝数量裂缝数量增加至一增加至一定数量时定数量时不再增加，不再增加，但但宽度不宽度不断变化断变化AsA最大裂缝宽度最大裂缝宽度 wmax计算计算平均裂缝间距平均裂缝间距 lcr 计算计算平均裂缝宽度平均裂缝宽度 wm计算计算裂缝宽度计算思路：裂缝宽度计算思路： m sl l sm c cml（ s+ s）As sAs c=ftl（ s+ s）As sAs m1.1.粘结滑移理论粘结滑移理论基本假定基本假定：开裂后，裂缝处混凝土退开裂后，裂缝处混凝土退出工作，钢筋和混凝土之间发生滑移，出工作，钢筋和混凝土之间发生滑移，混凝土回缩至图中虚线的位置混凝土回缩至图中虚线的位置CAfAtss dfdAdf

9、dAflmtmtmt414412 ldAmss 裂缝平均裂缝平均间距间距为了和受弯构件统一，定义：为了和受弯构件统一，定义：testeAA ddfl1451 mtcr.有效配筋率有效配筋率对轴拉和受弯构件，平均裂缝间距的公式可统一写成：对轴拉和受弯构件，平均裂缝间距的公式可统一写成：bhbfbfbh0.5hhfhflcr=1.5l裂缝的最小间距裂缝的最小间距=l裂缝的最大间距裂缝的最大间距=2ltecrdl1 有效受拉面积有效受拉面积 fftete.hbbbhAbhA 50受弯构件：受弯构件：轴拉构件：轴拉构件：2.2.无滑移理论无滑移理论基本假定基本假定：认为混凝土开裂后，混凝土与认为混凝土

10、开裂后，混凝土与钢筋之间无相对滑移，裂缝的发展宽度与钢筋之间无相对滑移，裂缝的发展宽度与裂缝量测点距最近一根钢筋表面的距离裂缝量测点距最近一根钢筋表面的距离c直直接相关。接相关。C*Broms（美）（美）Base（英）等人通过试验得出：（英）等人通过试验得出：3.3.粘结滑移与无滑移理论的结合粘结滑移与无滑移理论的结合cl2 cr上述两种理论和实际情况均有一定的差距，为此将二者结合上述两种理论和实际情况均有一定的差距，为此将二者结合起来，按下述公式进行计算分析：起来，按下述公式进行计算分析：各系数由试验分析确定各系数由试验分析确定tecrdcl12 平均裂缝间距：平均裂缝间距：).(teeqc

11、rdcl08091 te0.01时，取时，取 te=0.01c65时，取时，取c=65轴拉轴拉=1.1；其他其他=1.0 iiiiidndnd2eg光面筋，取光面筋，取0.7；带肋筋，取带肋筋，取1.0混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范（GB50010）水工钢筋混凝土结构设计规范水工钢筋混凝土结构设计规范所采用的方法所采用的方法（9.10）1.1.平均裂缝宽度计算式平均裂缝宽度计算式由粘结滑移理论，由粘结滑移理论，裂缝宽度裂缝宽度= =裂缝间钢筋和混凝土裂缝间钢筋和混凝土 之间的变形差值之间的变形差值裂缝宽度裂缝宽度受拉纵筋截面重心处受拉纵筋截面重心处构件侧表面的裂缝宽度构件侧表面的裂缝宽度

12、Cw crcmsmmlw 裂缝处钢筋的应变裂缝处钢筋的应变sksm 裂缝间钢筋应变不均匀系数裂缝间钢筋应变不均匀系数smcmc 1裂缝间混凝土伸长对裂缝宽度的影响系数裂缝间混凝土伸长对裂缝宽度的影响系数（9.13）crsskcmlEw （9.15）裂缝处钢筋的应力裂缝处钢筋的应力近似取近似取0.85则有则有设设受弯构件：受弯构件： 按荷载标准组合（短期效应按荷载标准组合（短期效应组合）计算组合）计算偏心受拉构件：偏心受拉构件：轴心受拉构件：轴心受拉构件：偏心受压构件：偏心受压构件：skskAN sskskahAeN 0取取0.87 0hAzeNsksk 0hAMsksk 2.2.裂缝处钢筋的应

13、力裂缝处钢筋的应力sksahh 00近似取近似取内力臂内力臂870. 反映裂缝间受拉混凝土对纵筋应变的影响程度反映裂缝间受拉混凝土对纵筋应变的影响程度其值越大，说明混凝土参与程度越小其值越大，说明混凝土参与程度越小sktetkkcr.fMM65011111 （9.23） 截面开裂弯矩截面开裂弯矩 截面荷载标准组合（短期效应截面荷载标准组合（短期效应组合）时的弯矩组合）时的弯矩3.3.裂缝间钢筋应变不均匀系数裂缝间钢筋应变不均匀系数01012020. 时时，取取时时，取取各种扩大系数各种扩大系数 mw).(teeqsskcrmaxdcEw08091 1. 考虑因素考虑因素1）考虑混凝土质量不均匀

14、的扩大系数）考虑混凝土质量不均匀的扩大系数 ；l2）考虑荷载长期作用下混凝土徐变和应力松弛的扩大系数）考虑荷载长期作用下混凝土徐变和应力松弛的扩大系数 ；s 试验统计试验统计3）考虑混凝土收缩使裂缝间混凝土长度缩短。）考虑混凝土收缩使裂缝间混凝土长度缩短。 2. 综合公式综合公式对矩形、对矩形、T T 形、倒形、倒T T 形和形和I I 形截面的各种受力构件，统一采用：形截面的各种受力构件，统一采用：（9.24a） csl 构件受力特征系数构件受力特征系数4212018505166172118505191.crcrcr 偏偏拉拉：受受弯弯、偏偏压压：轴轴拉拉：增大截面尺寸增大截面尺寸提高混凝土

15、强度等级提高混凝土强度等级减小钢筋直径减小钢筋直径增大钢筋截面面积增大钢筋截面面积适当控制混凝土保护层厚度适当控制混凝土保护层厚度采用变形带肋钢筋采用变形带肋钢筋3. 减小裂缝宽度的措施减小裂缝宽度的措施1)1)保证结构的使用功能要求保证结构的使用功能要求2)2)防止对结构构件产生不良影响防止对结构构件产生不良影响 3) 3)防止非结构构件不能正常使用和局部破坏防止非结构构件不能正常使用和局部破坏 4)4)保证人们的感觉在可接受程度之内保证人们的感觉在可接受程度之内maxff 规范仅对规范仅对受弯构件受弯构件作出规定作出规定( (附表附表15)15)BMlCEIMlCf22 MEIBEIyEI

16、M *短期荷载效应组合（短期荷载效应组合（标准组合标准组合）时的挠度对应短期刚度）时的挠度对应短期刚度Bs*长期荷载效应组合（长期荷载效应组合（准永久组合准永久组合）时的挠度对应）时的挠度对应长期刚度长期刚度B (徐变、裂缝的不断发展等等徐变、裂缝的不断发展等等)与荷载形式、支承条件与荷载形式、支承条件有关的系数有关的系数1 1）随弯矩增大）随弯矩增大B不断降低不断降低4 4）随加载时间增长）随加载时间增长B降低降低M受弯构件受弯构件 M- 曲线曲线IIIIII 开裂开裂 钢筋屈服钢筋屈服 破坏破坏EI3 3）沿构件纵向）沿构件纵向B变化变化2 2）随纵筋配筋率减小）随纵筋配筋率减小B降低降低

17、*验算变形时采用的验算变形时采用的B是指是指纯弯区段内平均的截面抗弯刚度纯弯区段内平均的截面抗弯刚度01hrsmcmcm 1.1.平均曲率平均曲率就平均应变而言符合平截面假定就平均应变而言符合平截面假定标准组合标准组合时的荷载时的荷载效应效应cmr1 实际中和轴实际中和轴平均中和轴平均中和轴rcmMkMkcmsmh0smcmscsmcmkks 0hMMB2.2.平均应变平均应变平均平均应变应变sskssksksmEhAME0 ckckccckcckccmEbhMEbhME2020 裂缝截面处的应力和应变裂缝截面处的应力和应变受压区边缘混凝土平均应变综合系数受压区边缘混凝土平均应变综合系数MkA

18、sh0 h0ck ck h0As sk裂缝截面处的应力图形裂缝截面处的应力图形sskskE 0hAMsksk cckckE 20bhMkck Esscsssmcmkks 202020011hAEEbhEhAhMMBfEssks. 53162015120hAEMB（9.31） bhhbbfff （9.33）GB50010GB50010采用的就是上述公式，且有采用的就是上述公式，且有 fEE. 5316201. 长期荷载作用下刚度降低的原因长期荷载作用下刚度降低的原因1）受压混凝土发生徐变，变形随时间增大）受压混凝土发生徐变，变形随时间增大; ;2）受拉混凝土应力松弛、钢筋粘结滑移引起受拉混凝土应力松弛、钢筋粘结滑移引起 混凝土不断退出工作，钢筋平均应变和应混凝土不断退出工作，钢筋平均应变和应 力随时间增大；力随时间增大；3）受压混凝土塑性发展，使内力臂减小，受压混凝土塑性发展，使内力臂减小， 增大钢筋应力；增大钢筋应力；4）拉、压区混凝土收缩不