钢筋混凝土构件裂缝及刚度概述4.9节

1、4.9 4.9 钢筋混凝土构件的裂缝概述钢筋混凝土构件的裂缝概述钢筋混凝土构件是钢筋混凝土构件是带裂缝工作带裂缝工作的。的。 4.9.1 4.9.1 裂缝成因裂缝成因1. 1. 水泥石与骨料之间的水泥石与骨料之间的微裂缝微裂缝；2. 2. 约束变形下的约束变形下的混凝土收缩混凝土收缩产生的裂缝；产生的裂缝；3. 3. 水化热导致的水化热导致的温差变形裂缝温差变形裂缝；4. 4. 荷载效应引起的荷载效应引起的受力裂缝受力裂缝；5. 5. 钢筋锈蚀膨胀钢筋锈蚀膨胀使混凝土产生裂缝；使混凝土产生裂缝；6. 6. 混凝土中混凝土中有害杂质有害杂质引起的裂缝。引起的裂缝。7. 7. 施工质量差施工质量差

2、产生的裂缝。产生的裂缝。 微裂缝微裂缝受压时裂缝受压时裂缝 （纵向）（纵向）受拉时裂缝受拉时裂缝 （横向）（横向）受弯构件受拉区受弯构件受拉区(a) 竖向荷载下的裂缝弯曲裂缝剪切裂缝剪切裂缝(b) 地震作用下的裂缝(c) 板在竖向荷载下的裂缝板底裂缝(d) 剪力墙在地震作用下的裂缝荷载效应荷载效应产生的裂缝举例：产生的裂缝举例：混凝土裂缝大体由混凝土裂缝大体由4 4种因素产生：种因素产生：材料材料受力受力环境环境施工施工4.9.2 4.9.2 裂缝的形态和性质裂缝的形态和性质1.1.裂缝成因的判断：裂缝成因的判断： 裂缝在构件上的部位、数量、疏密程度；裂缝在构件上的部位、数量、疏密程度； 裂缝

3、的走向和形状。裂缝的走向和形状。2.2.裂缝的严重性：裂缝的严重性： 裂缝的表面宽度、长度及裂缝的深度。裂缝的表面宽度、长度及裂缝的深度。3.3.裂缝的稳定性：裂缝的稳定性： 裂缝随时间的发展。裂缝随时间的发展。 （死缝、稳定裂缝、准稳定裂缝、不稳定裂缝）（死缝、稳定裂缝、准稳定裂缝、不稳定裂缝） 通过裂缝的特征确定裂缝的严重程度：通过裂缝的特征确定裂缝的严重程度：裂缝宽度裂缝宽度直接影响钢筋混凝土构件和结构的承载力。直接影响钢筋混凝土构件和结构的承载力。裂缝裂缝表面宽度表面宽度与与内部宽度内部宽度不同，前者约是后者不同，前者约是后者5-75-7倍。倍。关键部位表面裂缝宽度关键部位表面裂缝宽度

4、超过超过0.3mm0.3mm，须找出原因。，须找出原因。4.9.3 4.9.3 构件受力裂缝产生的机理构件受力裂缝产生的机理 以钢筋混凝土以钢筋混凝土轴心受拉构件轴心受拉构件为例。为例。 混凝土混凝土接近开裂前接近开裂前，截面上混凝土拉应变，截面上混凝土拉应变 与钢筋拉与钢筋拉应变应变 相等，即：相等，即：stctstctssccEE5 . 0cEccssEE22裂缝的出现与开展；裂缝的出现与开展；裂缝的间距；裂缝的间距；裂缝的宽度；裂缝的宽度；三方面三方面1.1.裂缝的出现、分布与开展裂缝的出现、分布与开展未开裂前未开裂前第第1 1批裂缝出现后批裂缝出现后第第2 2批裂缝出现后批裂缝出现后u

5、裂缝出现前裂缝出现前，混凝土和钢筋的应变沿构件长度基本均匀分布；，混凝土和钢筋的应变沿构件长度基本均匀分布；u当混凝土的当混凝土的拉应力拉应力达到达到抗拉强度抗拉强度时，首先会在构件时，首先会在构件最薄弱截面最薄弱截面位位 置出现置出现第一条（批）第一条（批）裂缝；裂缝；u裂缝出现瞬间裂缝出现瞬间，裂缝截面的混凝土退出受拉工作，应力为零，而，裂缝截面的混凝土退出受拉工作，应力为零，而 钢筋拉应力产生突增钢筋拉应力产生突增s= ft /，配筋率越小，配筋率越小，s越大；越大；u由于钢筋与混凝土之间存在由于钢筋与混凝土之间存在粘结粘结 ，随着距裂缝截面距离的增加，随着距裂缝截面距离的增加， 混凝土

6、中又重新建立起拉应力，而钢筋的拉应力则随距裂缝截面混凝土中又重新建立起拉应力，而钢筋的拉应力则随距裂缝截面 距离的增加而减小；距离的增加而减小；u当距裂缝截面有当距裂缝截面有足够的长度足够的长度l 时时，混凝土，混凝土拉应力拉应力c又可增大到又可增大到ft， 此时将会出现此时将会出现新的一条（批）新的一条（批）裂缝；裂缝； u如果两条裂缝的间距如果两条裂缝的间距小于小于2 2l，由于粘结应力传递长度不够，混，由于粘结应力传递长度不够，混 凝土拉应力不可能再达到凝土拉应力不可能再达到ft，因此将不会出现新的裂缝；，因此将不会出现新的裂缝；u裂缝间距最终将稳定在裂缝间距最终将稳定在（l 2l）之间

7、，平均间距可取之间，平均间距可取1.51.5 l。 2.2.裂缝的间距裂缝的间距 根据以上原理，裂缝的间距可用平衡条件求得：根据以上原理，裂缝的间距可用平衡条件求得：已裂截面已裂截面即裂截面即裂截面ctAfluctssssAfAA21luAAssss21dfdAfuAfltctct41dKlm平均裂缝间距：平均裂缝间距：u上式表明，当配筋率上式表明，当配筋率相同时，钢筋直径越小，裂缝间距相同时，钢筋直径越小，裂缝间距 越小。越小。u但当但当d/ 趋于零时，裂缝间距趋于零，这不符合实际情况。趋于零时，裂缝间距趋于零，这不符合实际情况。u试验表明，裂缝间距还与混凝土保护层厚度试验表明，裂缝间距还与

8、混凝土保护层厚度c c有关有关。u根据试验分析，将上式修正为：根据试验分析，将上式修正为：dKcKlm12 上式也适用于上式也适用于受弯构件受弯构件。考虑到受弯构件开裂时截面混。考虑到受弯构件开裂时截面混凝土并非全截面受拉，为便于表达，可统一把配筋率凝土并非全截面受拉，为便于表达，可统一把配筋率改改用以用以有效受拉混凝土截面面积有效受拉混凝土截面面积Ate计算的计算的配筋率配筋率te表示：表示：temdKcKl12有效受拉混凝土截面面积：有效受拉混凝土截面面积：fftehbbbhA)(5 . 0有效配筋率：有效配筋率：ffstehbbbhAA)(5 . 0u受力构件裂缝间距的影响因素受力构件裂

9、缝间距的影响因素: : (1) (1)钢筋的粗细；钢筋的粗细； (2) (2)钢筋表面特征；钢筋表面特征； (3) (3)混凝土受拉区面积的相对大小。混凝土受拉区面积的相对大小。3.3.裂缝的宽度裂缝的宽度 裂缝宽度裂缝宽度等于混凝土在开裂截面的回缩量，即钢筋与等于混凝土在开裂截面的回缩量，即钢筋与混凝土在裂缝间距之间相对滑移的总和。混凝土在裂缝间距之间相对滑移的总和。85. 0)1 (scssssE)1 ()(SCSmCSmmllw平均裂缝宽度平均裂缝宽度mSSmlEw85. 0实测表明，裂缝宽度有很大的离散性。取超越概率为实测表明，裂缝宽度有很大的离散性。取超越概率为5%5%的最大裂缝宽度

10、：的最大裂缝宽度：)645. 11 (maxmww- -裂缝宽度变异系数裂缝宽度变异系数; ; 对于钢筋混凝土构件，对于钢筋混凝土构件，规范规范考虑内力效应的准永考虑内力效应的准永久组合和长期作用影响，规定最大裂缝宽度按下式计算：久组合和长期作用影响，规定最大裂缝宽度按下式计算：钢筋混凝土构件：准永久组合预应力混凝土构件：标准组合4.9.4 4.9.4 受力构件控制裂缝宽度的意义受力构件控制裂缝宽度的意义裂缝控制的目的：裂缝控制的目的：u钢筋混凝土构件，在使用状态下受拉区出现裂缝是正钢筋混凝土构件，在使用状态下受拉区出现裂缝是正常现象。常现象。u控制裂缝可以防止钢筋锈蚀，保证结构的耐久性；控制

11、裂缝可以防止钢筋锈蚀，保证结构的耐久性；u过大的裂缝宽度会影响结构的观瞻，引起使用者不安。过大的裂缝宽度会影响结构的观瞻，引起使用者不安。研究调查发现，大多数人对宽度超过研究调查发现，大多数人对宽度超过0.3mm0.3mm的裂缝明显感的裂缝明显感到有心理压力。到有心理压力。裂缝控制的等级和要求：裂缝控制的等级和要求： 根据结构的功能要求、环境条件对钢筋的腐蚀影响、根据结构的功能要求、环境条件对钢筋的腐蚀影响、钢筋种类对腐蚀的敏感性、荷载作用的时间等因素考虑，钢筋种类对腐蚀的敏感性、荷载作用的时间等因素考虑，将混凝土结构构件的将混凝土结构构件的裂缝控制等级划分为三级。裂缝控制等级划分为三级。 等

12、级反应裂缝控制的严格程度。等级反应裂缝控制的严格程度。(1)(1)一级一级严格要求不出现裂缝的构件严格要求不出现裂缝的构件 要求在荷载标准值效应和预应力共同作用下，构件受要求在荷载标准值效应和预应力共同作用下，构件受拉边缘混凝土不出现拉应力。拉边缘混凝土不出现拉应力。(2)(2)二级二级一般要求不出现裂缝的构件一般要求不出现裂缝的构件 要求在荷载标准值效应和预应力共同作用下，构件受要求在荷载标准值效应和预应力共同作用下，构件受拉边缘混凝土拉应力不大于混凝土抗拉强度。拉边缘混凝土拉应力不大于混凝土抗拉强度。 (3)(3)三级三级允许出现裂缝的构件允许出现裂缝的构件 构件的最大裂缝宽度符合下列要求构件的最大裂缝宽度符合下列要求: : limmaxww 0pccktkpcckf 计算最大裂缝宽度时，计算最大裂缝宽度时，钢筋混凝土构件钢筋混凝土构件按荷载准永久组合并考虑按荷载准永久组合并考虑长期作用的效应计算长期作用的效应计算 ；预应力混凝土