鋼筋混凝土的變形與裂縫

第十一章變變形和裂縫寬寬度的計(jì)算11.1概述第十章鋼鋼筋混凝土的的變形與裂縫縫DeformationandCrackWidthofRCBeam§10.1概述外觀感覺?íì裂縫過寬：鋼筋銹蝕導(dǎo)致承載力降低，影響使用壽命耐久性—心理承受：不不安全感，振振動噪聲對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件件的影響：門門窗開關(guān)，隔隔墻開裂等振動、變形過過大對其它結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件的影響???????íì影響正常使用：如吊車、精密儀器適用性—承載能力極限限狀態(tài)安全性—?????????????????íì—結(jié)構(gòu)的功能第十一章變變形和裂縫寬寬度的計(jì)算11.1概述對于超過正常使用極限限狀態(tài)的情況，由于于其對生命財(cái)財(cái)產(chǎn)的危害性性比超過承載載力極限狀態(tài)態(tài)要小，因此此相應(yīng)的可靠靠度水平可比比承載力極限限狀態(tài)低一些些。正常使用極限限狀態(tài)的計(jì)算算表達(dá)式為，Sk：作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值，如撓度度變形和裂縫縫寬度，應(yīng)根根據(jù)荷載標(biāo)準(zhǔn)值和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值確定。以受彎構(gòu)件為為例，在荷載載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生生的彎矩可表表示為，Mk=CGGk+CQQk由于活荷載達(dá)達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)值值Qk的作用時(shí)間較較短，故Mk稱為短期彎矩，其值約為彎彎矩設(shè)計(jì)值的的50%~70%。由于在荷載的的長期作用下下，構(gòu)件的變變形和裂縫寬寬度隨時(shí)間增增長，因此需需要考慮長期期荷載的影響響，長期彎矩可表示為，Mq=CGGk+yqCQQkyq為活荷載準(zhǔn)永久久值系數(shù)（quasi-permanentload）第十章鋼筋筋混凝土構(gòu)件件的變形和裂裂縫10.2裂縫寬度的驗(yàn)驗(yàn)算§10.2鋼筋混凝土構(gòu)構(gòu)件裂縫寬度度驗(yàn)算10.2.1裂縫及裂縫控控制等級裂縫及裂縫寬寬度裂縫的開展是由于于混凝土的回回縮，鋼筋的的伸長，導(dǎo)致致混凝土與鋼鋼筋之間產(chǎn)生生相對滑移的的結(jié)果。裂縫寬度等于混凝土在在開裂截面的的回縮量。當(dāng)荷載長期作作用時(shí)，由于于混凝土的滑移移徐變和拉應(yīng)應(yīng)力的松弛，將導(dǎo)致裂縫縫間受拉混凝凝土不斷退出出工作，使裂裂縫開展寬度度增大；混凝土的收縮縮使裂縫間混凝凝土的長度縮縮短，這也會會引起裂縫的的進(jìn)一步開展展；由于荷載的變動使鋼筋時(shí)而被被拉長時(shí)而又又回縮，其直直徑也時(shí)脹時(shí)時(shí)縮，將引起起粘結(jié)強(qiáng)度的的降低，導(dǎo)致致裂縫寬度的的增大。三、荷載產(chǎn)生生的裂縫裂縫形成的原原因荷載形成的裂裂縫第十章鋼筋筋混凝土構(gòu)件件的變形和裂裂縫10.2裂縫寬度的驗(yàn)驗(yàn)算第十章鋼筋筋混凝土構(gòu)件件的變形和裂裂縫裂縫控制等級級《規(guī)范》將裂縫控制分分為三個(gè)等級級：一級：嚴(yán)格要要求不出現(xiàn)裂裂縫的構(gòu)件。。要求：按荷載效應(yīng)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算算時(shí)，構(gòu)件受受拉邊緣混凝凝土的拉應(yīng)力力。二級：一般要要求不再現(xiàn)裂裂縫的構(gòu)件。。要求：按荷載效應(yīng)準(zhǔn)準(zhǔn)永久組合計(jì)計(jì)算時(shí)，構(gòu)件件受拉邊緣混混凝土的拉應(yīng)應(yīng)力。三級：允許出出現(xiàn)裂縫的構(gòu)構(gòu)件。10.2裂縫寬度的驗(yàn)驗(yàn)算第十章鋼筋筋混凝土構(gòu)件件的變形和裂裂縫10.2.2裂縫的出現(xiàn)、、分布與開展展10.2裂縫寬度的驗(yàn)驗(yàn)算★在裂縫出現(xiàn)前前，混凝土和鋼鋼筋的應(yīng)變沿沿構(gòu)件的長度度基本上是均均勻分布的。。★當(dāng)混凝土的拉拉應(yīng)力達(dá)到抗抗拉強(qiáng)度時(shí)，首先會在構(gòu)構(gòu)件最薄弱截截面位置出現(xiàn)現(xiàn)第一條（批批）裂縫?！锪芽p出現(xiàn)瞬間間，裂縫截面位位置的混凝土土退出受拉工工作，應(yīng)力為為零，而鋼筋筋拉應(yīng)力應(yīng)力力產(chǎn)生突增Dss=ft/r，配筋率越小，，Dss就越大?！镉捎阡摻钆c混混凝土之間存存在粘結(jié)，隨著距裂縫縫截面距離的的增加，混凝凝土中又重新新建立起拉應(yīng)應(yīng)力sc，而鋼筋的拉應(yīng)應(yīng)力則隨距裂裂縫截面距離離的增加而減減小。★當(dāng)距裂縫截面面有足夠的長長度l時(shí)，混凝土拉拉應(yīng)力sc增大到ft，此時(shí)將出現(xiàn)新新的裂縫。第十章鋼筋筋混凝土構(gòu)件件的變形和裂裂縫10.2裂縫寬度的驗(yàn)驗(yàn)算★如果兩條裂縫縫的間距小于于2l，則由于粘結(jié)應(yīng)應(yīng)力傳遞長度度不夠，混凝凝土拉應(yīng)力不不可能達(dá)到ft，因此將不會出出現(xiàn)新的裂縫縫，裂縫的間間距最終將穩(wěn)穩(wěn)定在（l~2l）之間，平均間距可取取1.5l?！飶牡谝粭l（批批）裂縫出現(xiàn)現(xiàn)到裂縫全部部出齊為裂縫出現(xiàn)階段段，該階段的荷荷載增量并不不大，主要取取決于混凝土土強(qiáng)度的離散散程度。裂縫數(shù)量最終終趨于穩(wěn)定。?！锪芽p間距的計(jì)算公式即即是以該階段段的受力分析析建立的?！锪芽p出齊后，隨著荷載的的繼續(xù)增加，，裂縫寬度不不斷開展。裂裂縫的開展是是由于混凝土土的回縮，鋼鋼筋不斷伸長長，導(dǎo)致鋼筋筋與混凝土之之間產(chǎn)生變形形差，這是裂縫寬度度計(jì)算的依據(jù)據(jù)?！镉捎诨炷敛牟牧系牟痪鶆騽蛐?，裂縫的出現(xiàn)現(xiàn)、分布和開開展具有很大大的離散性，，因此裂縫間間距和寬度也也是不均勻的的。但大量的的試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資資料分析表明明，裂縫間距和寬寬度的平均值值具有一定規(guī)律律性，是鋼筋筋與混凝土之之間粘結(jié)受力力機(jī)理的反映映。第十章鋼筋筋混凝土構(gòu)件件的變形和裂裂縫10.2裂縫寬度的驗(yàn)驗(yàn)算10.2.3平均裂縫縫間距第十章鋼鋼筋混混凝土構(gòu)構(gòu)件的變變形和裂裂縫10.2裂縫寬度度的驗(yàn)算算第十章鋼鋼筋混混凝土構(gòu)構(gòu)件的變變形和裂裂縫10.2.3平均裂縫縫間距10.2裂縫寬度度的驗(yàn)算算◆上式表明明，當(dāng)配配筋率rte相同時(shí)，，鋼筋直徑徑越細(xì)，，裂縫間間距越小小，裂縫縫寬度也也越小，，也即裂裂縫的分分布和開開展會密密而細(xì)，，這是控制制裂縫寬寬度的一一個(gè)重要要原則?！舻鲜街兄校?dāng)d/r趨于零時(shí)時(shí)，裂縫縫間距趨趨于零，，這并不不符合實(shí)實(shí)際情況況?！粼囼?yàn)表明明，當(dāng)d/r很大時(shí)，，裂縫間間距趨近近于某個(gè)個(gè)常數(shù)。。該數(shù)值與與保護(hù)層層c和鋼筋凈凈間距有有關(guān)。第十章鋼鋼筋混混凝土構(gòu)構(gòu)件的變變形和裂裂縫10.2裂縫寬度度的驗(yàn)算算◆用帶肋變變形鋼筋筋比用光光圓鋼筋筋的平均均裂縫間間距要小小些，即即鋼筋表表面特征征同樣影影響平均均裂縫間間距，對對此可用用鋼筋的的等效直直徑deq代替d。第十章鋼鋼筋混混凝土構(gòu)構(gòu)件的變變形和裂裂縫根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)分析，，對上式式修正如如下：10.2裂縫寬度度的驗(yàn)算算對于受彎彎、偏心心受壓和和偏心受受拉構(gòu)件件，可將受受拉區(qū)近近似作為為一軸心心受拉構(gòu)構(gòu)件，根根據(jù)粘結(jié)結(jié)力的有有效影響響范圍，，取有效受拉拉面積Ate=0.5bh+(bf-b)hf。對于軸心心受拉構(gòu)構(gòu)件：第十章鋼鋼筋混混凝土構(gòu)構(gòu)件的變變形和裂裂縫10.2裂縫寬度度的驗(yàn)算算根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)資料統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析析，并考考慮受力力特征的的影響，，對于常常用的帶肋鋼筋筋，《規(guī)范》給出的平平均裂縫縫間距l(xiāng)m的計(jì)算算公式式為，，c——最外層層縱向向受拉拉鋼筋筋外邊邊緣到到受拉拉區(qū)底底邊的的距離離（mm），當(dāng)當(dāng)c<20mm時(shí)，取取c=20mm；β——經(jīng)驗(yàn)系系數(shù)，，對軸軸心受受拉構(gòu)構(gòu)件，，β=1.1；對其其他受受力構(gòu)構(gòu)件，，均取取β=1。第十章章鋼鋼筋混混凝土土構(gòu)件件的變變形和和裂縫縫10.2裂縫寬寬度的的驗(yàn)算算◆平均裂縫寬度第十章章鋼鋼筋混混凝土土構(gòu)件件的變變形和和裂縫縫10.2.４平平均均裂縫縫寬度度10.2裂縫寬寬度的的驗(yàn)算算鋼筋應(yīng)應(yīng)力不不均勻勻系數(shù)數(shù)由于鋼鋼筋與與混凝凝土間間存在在粘結(jié)結(jié)應(yīng)力力，隨隨著距距裂縫縫截面面距離離的增增加，，裂縫縫間混混凝土土逐漸漸參與與受拉拉工作作，鋼鋼筋應(yīng)應(yīng)力逐逐漸減減小，，因此此鋼筋筋應(yīng)力力沿縱縱向的的分布布是不不均勻勻的。。裂縫截截面處處鋼筋筋應(yīng)力力最大大，裂裂縫中中間鋼鋼筋應(yīng)應(yīng)力最最小，，其差差值反反映了了混凝土土參與與受拉拉工作作的大小小。鋼筋應(yīng)應(yīng)力不不均勻勻系數(shù)數(shù)y是反映映裂縫縫間混混凝土土參加加受拉拉工作作程度度的影影響系系數(shù)第十章章鋼鋼筋混混凝土土構(gòu)件件的變變形和和裂縫縫10.2裂縫寬寬度的的驗(yàn)算算第十章章鋼鋼筋混混凝土土構(gòu)件件的變變形和和裂縫縫隨著荷荷載的的增大大，εsm與εsk間的差差距逐逐漸減減小，，亦即即ψ值逐漸漸變大大，而而此時(shí)時(shí)隨著著荷載載的增增大，，裂縫縫間受受拉混混凝土土是逐逐漸退退出工工作的的，說說明混混凝土土參與與工作作的程程度越越小。。反之之，ψ值越小小，說說明混混凝土土參與與工作作的程程度越越大；；如果果ψ＝１，，表明明與時(shí)時(shí)裂縫縫間受受拉混混凝土土全部部退出出工作作。因因此，，系數(shù)數(shù)ψ的物理理意義義就是是反映裂裂縫間間受拉拉區(qū)混混凝土土對縱縱向受受拉鋼鋼筋應(yīng)應(yīng)變的的影響響程度度。10.2裂縫寬寬度的的驗(yàn)算算★當(dāng)y<0.2時(shí)，取取y=0.2；當(dāng)y>1.0時(shí)，取y=1.0；★對直接承承受重復(fù)復(fù)荷載作作用的構(gòu)構(gòu)件，取取y=1.0。第十章鋼鋼筋混混凝土構(gòu)構(gòu)件的變變形和裂裂縫10.2裂縫寬度度的驗(yàn)算算第十章鋼鋼筋混混凝土構(gòu)構(gòu)件的變變形和裂裂縫裂縫截面面處的鋼鋼筋應(yīng)力力σsk◆軸心受拉拉構(gòu)件◆受彎構(gòu)件件10.2裂縫寬度度的驗(yàn)算算由于混凝凝土質(zhì)量量的不均均勻性，，，裂縫縫寬度具具有很大大的離散散性。在構(gòu)件中中的最大大裂縫寬寬度要比比平均裂裂縫寬度度大得多多?？紤]到裂縫寬度度的不均均勻性，最大裂裂縫寬度度可由平平均裂縫縫寬度乘乘以擴(kuò)大大系數(shù)τs求得。對受彎構(gòu)構(gòu)件，取取裂縫擴(kuò)擴(kuò)大系數(shù)數(shù)ts=1.66。對于軸心心受拉和和偏心受受拉構(gòu)件件，由試試驗(yàn)結(jié)果果統(tǒng)計(jì)得得最大裂裂縫寬度度的擴(kuò)大大系數(shù)為為τs=1.9。第十章鋼鋼筋混混凝土構(gòu)構(gòu)件的變變形和裂裂縫10.2.５最最大裂縫縫寬度及及其驗(yàn)算算最大裂縫縫寬度10.2裂縫寬度度的驗(yàn)算算長期荷載載的影響響：由于混凝凝土的滑移徐變變和拉應(yīng)力的的松弛，會導(dǎo)致致裂縫間間混凝土土不斷退退出受拉拉工作，，鋼筋平平均應(yīng)變變增大，，使裂縫縫隨時(shí)間間推移逐逐漸增大大?；炷恋牡氖湛s也使裂縫縫間混凝凝土的長長度縮短短，也引引起裂縫縫隨時(shí)間間推移不不斷增大大。荷載的變變動，環(huán)境溫度度的變化，，都會使使鋼筋與與混凝土土之間的的粘結(jié)受受到削弱弱，也將將導(dǎo)致裂裂縫寬度度不斷增增大。根據(jù)長期期觀測結(jié)結(jié)果，長期荷載載下裂縫縫的擴(kuò)大大系數(shù)為tl=1.5。第十章鋼鋼筋混混凝土構(gòu)構(gòu)件的變變形和裂裂縫10.2裂縫寬度度的驗(yàn)算算軸心受拉拉構(gòu)件acr=1.5×1.9×0.85×1.1=2.7受彎構(gòu)件件acr=1.5×1.66××0.85=2.1第十章鋼鋼筋混混凝土構(gòu)構(gòu)件的變變形和裂裂縫10.2裂縫寬度度的驗(yàn)算算第十章鋼鋼筋混混凝土構(gòu)構(gòu)件的變變形和裂裂縫最大裂縫縫寬度限限值確定最大大裂縫寬寬度限值值，主要要考慮兩兩個(gè)方面面：外觀要求求：從外觀要要求考慮慮，裂縫縫過寬將將給人以以不安全全感，同同時(shí)也影影響對結(jié)結(jié)構(gòu)質(zhì)量量的評價(jià)價(jià)。耐久性要要求：裂縫對結(jié)結(jié)構(gòu)的耐耐久性是是非常不不利的。。處于室內(nèi)內(nèi)正常環(huán)環(huán)境，裂縫寬寬度限值值可放寬寬些，但但應(yīng)按構(gòu)構(gòu)件的工工作條件件加以區(qū)區(qū)分:直接受雨雨淋的構(gòu)構(gòu)件，無無圍護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)的房房屋中經(jīng)經(jīng)常受雨雨淋的構(gòu)構(gòu)件，經(jīng)經(jīng)常受蒸蒸汽或凝凝結(jié)水作作用的室室內(nèi)構(gòu)件件（如浴浴室等）），以及及與土壤壤直接接接觸的構(gòu)構(gòu)件（如如基礎(chǔ)等等），都具備鋼鋼筋銹蝕蝕的必要要和充分分條件，，因而都都應(yīng)嚴(yán)格格限制裂裂縫寬度度。10.2裂縫寬度度的驗(yàn)算算第十章鋼鋼筋混混凝土構(gòu)構(gòu)件的變變形和裂裂縫最大裂縫縫寬度限限值環(huán)境類別