混凝土構(gòu)件的變形裂縫和耐久性性質(zhì)和驗(yàn)算

1、混凝土構(gòu)件的變形裂縫和耐久性性質(zhì)和驗(yàn)算 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算 混凝土構(gòu)件的截面延性 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性二、鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算（一）裂縫寬度驗(yàn)算的目的和要求 （二）裂縫的出現(xiàn)和開(kāi)展（三）裂縫寬度的計(jì)算與驗(yàn)算1、外觀要求 從外觀要求考慮，裂縫過(guò)寬將給人以不安全感，同時(shí)也影響對(duì)結(jié)構(gòu)質(zhì)量的評(píng)價(jià)。滿足外觀要求的裂縫寬度限值，與人們的心理反應(yīng)、裂縫開(kāi)展長(zhǎng)度、裂縫所處位置，乃至光線條件等因素有關(guān)，這方面尚待進(jìn)一步研究，目前有提出可取。（一）裂縫寬度驗(yàn)算的目的和要求2、耐久性要求 根據(jù)國(guó)內(nèi)外的調(diào)查及試驗(yàn)結(jié)果，耐久性所要求的裂縫寬度限值，應(yīng)著重考慮環(huán)境條件及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的

2、工作條件。3、構(gòu)件裂縫控制等級(jí) 構(gòu)件裂縫控制等級(jí)共分為三級(jí)：一級(jí)為嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫，二級(jí)為一般要求不出現(xiàn)裂縫，三級(jí)為允許出現(xiàn)裂縫。（二）裂縫的出現(xiàn)和開(kāi)展1、裂縫產(chǎn)生的原因 2、開(kāi)裂前構(gòu)件中的應(yīng)力3、開(kāi)裂后的裂縫對(duì)構(gòu)件中應(yīng)力的影響4、產(chǎn)生多條裂縫后構(gòu)件中應(yīng)力荷載引起的裂縫：變形因素引起的裂縫：（非荷載）與力的作用方式有關(guān)，當(dāng)ct ftk ，構(gòu)件開(kāi)裂。由材料收縮、溫度變化、鋼筋銹蝕、地基不均勻沉降等引起。計(jì)算要求max lim由構(gòu)造措施來(lái)保證。引起裂縫的原因可以是荷載因素和變形因素1、裂縫產(chǎn)生的原因由荷載引起的裂縫情況如圖所示。NkNkNkNke0NkNke0TkTk(a)軸心受拉(b)偏心受拉

3、（c）偏心受壓(d) 受 彎(e) 受 扭1、裂縫產(chǎn)生的原因 為防止溫度應(yīng)力過(guò)大引起的開(kāi)裂，規(guī)定了伸縮縫之間的最大間距。 為防止由于鋼筋周?chē)胚^(guò)快的碳化失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，出現(xiàn)銹脹引起的沿鋼筋縱向的裂縫，規(guī)定了鋼筋的混凝土保護(hù)層的最小厚度。非荷載引起的裂縫1、裂縫產(chǎn)生的原因（1）拉力很小，構(gòu)件處于彈性階段；（2）鋼筋和混凝土的應(yīng)變相等，鋼筋拉應(yīng)力s是混凝土的拉應(yīng)力ct的aE倍； 2、開(kāi)裂前構(gòu)件中的應(yīng)力（3）鋼筋和混凝土間的粘結(jié)沒(méi)有被破壞，沿構(gòu)件各截面鋼筋和混凝土拉應(yīng)力大致相同；（4）混凝土是非均質(zhì)材料，沿構(gòu)件各截面，混凝土的實(shí)際抗拉強(qiáng)度是變化的。2、開(kāi)裂前構(gòu)件中的應(yīng)力（1）隨著構(gòu)件所受的拉力

4、逐漸增加， a-a截面處混凝上拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)，首先在此處出現(xiàn)第一條裂縫。3、開(kāi)裂后的裂縫對(duì)構(gòu)件中應(yīng)力的影響假定其中a-a截面處的抗拉強(qiáng)度最小，即為最弱的截面（2）在裂縫出現(xiàn)截面，鋼筋和混凝土所受到的拉應(yīng)力將發(fā)生突然變化，開(kāi)裂的混凝土不再承受拉力，拉應(yīng)力降低到零，原來(lái)由混凝土承擔(dān)的拉力轉(zhuǎn)移由鋼筋承擔(dān)，所以裂縫截面的鋼筋應(yīng)力就突然增大。3、開(kāi)裂后的裂縫對(duì)構(gòu)件中應(yīng)力的影響假定其中a-a截面處的抗拉強(qiáng)度最小，即為最弱的截面（3）在開(kāi)裂前混凝土有一定彈性，開(kāi)裂后受拉張緊的混凝土向裂縫截面兩邊回縮，混凝土和鋼筋有產(chǎn)生相對(duì)滑移的趨勢(shì)。3、開(kāi)裂后的裂縫對(duì)構(gòu)件中應(yīng)力的影響假定其中a-a截面處的抗拉強(qiáng)度最

5、小，即為最弱的截面（4）由于鋼筋與混凝土之間存在粘結(jié)作用，混凝土的回縮受到鋼筋的約束，困而隨著離裂縫截面距離的加大，回縮逐漸減小，亦即混凝土仍處在一定的張緊狀態(tài)，當(dāng)達(dá)到某一距離處，混凝土和鋼筋的拉應(yīng)變相同，兩者的應(yīng)力又恢復(fù)到未裂前狀態(tài)。 3、開(kāi)裂后的裂縫對(duì)構(gòu)件中應(yīng)力的影響假定其中a-a截面處的抗拉強(qiáng)度最小，即為最弱的截面4、產(chǎn)生多條裂縫后構(gòu)件中應(yīng)力（1）當(dāng)拉力稍增加時(shí)，在混凝上拉應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度的截面又將出現(xiàn)第二條裂縫。第二條裂縫總在離首批裂縫截面外一定距離的截面出現(xiàn)，這是因?yàn)榭拷芽p兩邊混凝土的拉應(yīng)力較小，總小于混凝上的抗拉強(qiáng)度，故靠近裂縫兩邊的混凝土不會(huì)開(kāi)裂。 4、產(chǎn)生多條裂縫后構(gòu)件中應(yīng)力

6、（2）鋼筋和混凝土的應(yīng)力是隨著裂縫位置而變化，呈波浪形起伏,各裂縫之間的間距大體相等，各裂縫先后出現(xiàn)，最后趨于穩(wěn)定，不再出現(xiàn)新裂縫。 4、產(chǎn)生多條裂縫后構(gòu)件中應(yīng)力（3）再繼續(xù)增加拉力時(shí)，只是使原有的裂縫延伸與開(kāi)展，拉力越大，裂縫越寬。當(dāng)兩條裂縫的間距較大時(shí)，隨著拉力的增加，在兩條裂縫之間還有可能出現(xiàn)新的裂縫。 4、產(chǎn)生多條裂縫后構(gòu)件中應(yīng)力（4）如果混凝土的材料性能（抗拉強(qiáng)度）很不均勻，則裂縫的間距有疏有密；但混凝土材料接近均質(zhì)的材料，裂縫的分布基本上是均勻的。 （三）裂縫寬度的計(jì)算與驗(yàn)算1、平均裂縫間距的計(jì)算2、平均裂縫寬度的計(jì)算3、最大裂縫寬度及其驗(yàn)算 粘結(jié)-滑移理論：認(rèn)為裂縫寬度是由于鋼筋

7、與混凝土之間的粘結(jié)退化，出現(xiàn)相對(duì)滑移，引起裂縫處混凝土的回縮而引起的。 粘結(jié)退化-相對(duì)滑移-混凝土的回縮 無(wú)滑移理論：構(gòu)件表面裂縫寬度主要是由鋼筋周?chē)幕炷粱乜s形成的，其決定性因素是構(gòu)件表面到最近鋼筋的距離。 綜合：裂縫寬度與裂縫間距及混凝土保護(hù)層厚度有關(guān)。裂縫寬度的影響因素1、平均裂縫間距的計(jì)算取開(kāi)裂處傳遞長(zhǎng)度l內(nèi)的鋼筋混凝土為隔離體取傳遞長(zhǎng)度l內(nèi)的鋼筋為隔離體1、平均裂縫間距的計(jì)算取1、平均裂縫間距的計(jì)算 （1）ft/m的影響：混凝土和鋼筋間的粘結(jié)強(qiáng)度大致與混凝土抗拉強(qiáng)度成正比例關(guān)系，且可取ft/m為常數(shù)。 （2）dte的影響：與混凝土保護(hù)層厚度c有較大的關(guān)系。 （3）鋼筋表面特征的影響

8、：用帶肋變形鋼筋時(shí)比用光圓鋼筋的平均裂縫間距要小些，對(duì)此可用鋼筋的等效直徑deq代替ddeq 縱向受拉鋼筋的等效直徑(mm) ；ni, di分別為受拉區(qū)第i種縱向鋼筋的根數(shù)，公稱(chēng)直徑（mm），vi為第i種縱向鋼筋的相對(duì)粘結(jié)特性系數(shù)，光圓鋼筋vi，帶肋鋼筋i 系數(shù)，c 保護(hù)層厚度，當(dāng)c65mm時(shí)，取c=65mm。軸心受拉 =1.1,偏心受拉 受彎、偏心受壓 =1.0式中： =1.05 裂縫間距主要取決于有效配筋率te，鋼筋直徑d及其表面形狀。此外，還與混凝土保護(hù)層厚度c有關(guān)。1、平均裂縫間距的計(jì)算deq 受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑，光面 =0.7，變形 =1.0ni 受拉區(qū)第i種縱向鋼筋根數(shù)，di

9、 為受拉區(qū)第i種鋼筋的公稱(chēng)直徑。 縱向受拉鋼筋相對(duì)粘結(jié)特征系數(shù)，te 截面的有效配筋率te = As / Ate2、平均裂縫寬度的計(jì)算裂縫開(kāi)展寬度 我國(guó)混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范定義的裂縫開(kāi)展寬度是指受拉鋼筋重心水平處構(gòu)件側(cè)表面上混凝土的裂縫寬度。試驗(yàn)表明，沿裂縫深度，裂縫寬度是不相等的，鋼筋表面處裂縫寬度大約只有構(gòu)件混凝土表面裂縫寬度的1/51/3。 平均裂縫寬度wm 平均裂縫寬度wm等于構(gòu)件裂縫區(qū)段內(nèi)鋼筋的平均伸長(zhǎng)與相應(yīng)水平處構(gòu)件側(cè)表面混凝土平均伸長(zhǎng)的差值 2、平均裂縫寬度的計(jì)算2、平均裂縫寬度的計(jì)算令 c裂縫間混凝土自身伸長(zhǎng)對(duì)裂縫寬度的影響系數(shù)，試驗(yàn)研究表明，系數(shù)雖然與配筋率、截面形狀和混凝土保護(hù)層

10、厚度等因素有關(guān)，但在一般情況下，變化不大，且對(duì)裂縫開(kāi)展寬度的影響也不大，為簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)受彎、軸心受拉、偏心受力構(gòu)件，均可近似取 sm縱向受拉鋼筋的平均拉應(yīng)變ctm與縱向受拉鋼筋相同水平處側(cè)表面混凝土的平均拉應(yīng)變2、平均裂縫寬度的計(jì)算令 裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)是裂縫間鋼筋的平均應(yīng)變與裂縫截面鋼筋應(yīng)變之比，它反映了裂縫間混凝土受拉對(duì)縱向鋼筋應(yīng)變的影響程度。愈小，裂縫間混凝土協(xié)助鋼筋抗拉作用愈強(qiáng)?？山票磉_(dá)為： 當(dāng)時(shí)，取=0. 2；當(dāng)1時(shí)，取=1；對(duì)直接承受重復(fù)荷載的構(gòu)件，取=1A：裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)的取值2、平均裂縫寬度的計(jì)算A：裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)的取值 按有

11、效受拉混凝土截面面積計(jì)算的縱向受拉鋼筋配筋率te當(dāng)te時(shí)，te 2、平均裂縫寬度的計(jì)算 sq是指按荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合計(jì)算的凝土構(gòu)件裂縫截面處縱向受拉鋼筋的應(yīng)力。對(duì)于受彎、軸心受拉、偏心受拉以偏心受壓構(gòu)件，sq均可按裂縫截面處力的平衡條件求得。 對(duì)受彎構(gòu)件式中 M s按荷載短期效應(yīng)組合計(jì)算的彎矩值，即按全部永久荷載及可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值求得的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值。 B：裂縫截面處的鋼筋應(yīng)力2、平均裂縫寬度的計(jì)算0.87h0h0MkCskAs受彎對(duì)軸心受壓構(gòu)件式中 Nk 按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的軸向拉應(yīng)力值； As 受拉鋼筋總截面面積 。 B：裂縫截面處的鋼筋應(yīng)力2、平均裂縫寬度的計(jì)算NsskAs軸心受拉對(duì)偏

12、心受壓構(gòu)件（ l0/h 14 ） 當(dāng)偏心受壓構(gòu)件的l0/h14時(shí)，還應(yīng)考慮側(cè)向撓度的影響，e=se0+ys。B：裂縫截面處的鋼筋應(yīng)力2、平均裂縫寬度的計(jì)算此處，ys為截面重心至縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)的距離，s是指使用階段的軸向壓力偏心距增大系數(shù)，可近似地取當(dāng)l0/h14時(shí)，取s。對(duì)偏心受拉構(gòu)件B：裂縫截面處的鋼筋應(yīng)力2、平均裂縫寬度的計(jì)算 近似取大偏心受拉構(gòu)件的截面內(nèi)力臂長(zhǎng)度h0=h0-as，則大小偏心受拉構(gòu)件的sk計(jì)算可統(tǒng)一由下式表達(dá)e軸向拉力作用點(diǎn)至受壓區(qū)或受拉較小邊縱向鋼筋合力點(diǎn)的距離；yc截面重心至受壓或較小受拉邊緣的距離。3、最大裂縫寬度及其驗(yàn)算（1）鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫的特性 （2）最大

13、裂縫寬度的計(jì)算（3）最大裂縫寬度的驗(yàn)算 由于混凝土的不均勻性、荷載的可變性以及截面尺寸偏差等因素的影響，裂縫的出現(xiàn)、分布和開(kāi)展寬度具有很大的隨機(jī)性。但它們又具有一定的規(guī)律，從平均意義上講，裂縫間距和寬度具有以下特性： 裂縫寬度與裂縫間距密切相關(guān)。裂縫間距大，裂縫寬度也大。裂縫間距小，裂縫寬度也小。裂縫間距與鋼筋表面特征有關(guān)，變形鋼筋裂縫密而窄，光圓鋼筋裂縫疏而寬。在鋼筋面積相同的情況下，鋼筋直徑細(xì)，根數(shù)多，則裂縫密而窄，反之裂縫疏而寬。（1）鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫的特性 裂縫間距和寬度隨受拉區(qū)混凝土有效面積增大而增大，隨混凝土保護(hù)層厚度增大而增大； 裂縫寬度隨受拉鋼筋用量增大而減小； （1）鋼筋混

14、凝土構(gòu)件裂縫的特性 裂縫寬度與荷載作用時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。 規(guī)范采用了一個(gè)半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法，即根據(jù)裂縫出現(xiàn)和開(kāi)展的機(jī)理，先確定具有一定規(guī)律性的平均裂縫間距和平均裂縫寬度，然后對(duì)平均裂縫寬度乘以根據(jù)統(tǒng)計(jì)求得的擴(kuò)大系數(shù)來(lái)確定最大裂縫寬度max。 對(duì)“擴(kuò)大系數(shù)”，主要考慮兩種情況，一是荷載短期效應(yīng)組合下裂縫寬度的不均勻性；二是荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合的影響下，最大裂縫寬度會(huì)進(jìn)一步加大。 根據(jù)規(guī)范，在矩形、T形、倒T形和I形截面的鋼筋混凝土受拉、受彎和偏心受壓構(gòu)件及預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉和受彎構(gòu)件中，按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長(zhǎng)期作用影響的最大裂縫寬度(mm)可按下列公式計(jì)算：（2）最大裂縫寬度的計(jì)算（2）最大裂縫寬度的計(jì)算構(gòu)件受力特征系數(shù)鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)裂縫截面處的鋼筋應(yīng)力sq cs 最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離(mm)：當(dāng)c20時(shí)，取c20；當(dāng)c65時(shí)，取c65 deq 受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑te-按有效受拉混凝土截面面積計(jì)算的縱向受拉鋼筋配筋率；在最大裂縫寬度計(jì)算中，當(dāng)te時(shí)，取te=0. 01As-受拉區(qū)縱向非預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積；Ap-受拉區(qū)縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積； 一級(jí)和二級(jí)抗裂要求的構(gòu)件，一般要采用預(yù)應(yīng)力；而普通的鋼筋混凝土構(gòu)件抗裂要求為三級(jí)，階段都是帶裂縫工作的。當(dāng)裂縫寬度較大時(shí)，一是會(huì)引起鋼筋銹蝕，二是使結(jié)構(gòu)剛