混凝土結構裂縫分析報告課件

混凝土結構裂縫分析混凝土結構裂縫分析混凝土結構裂縫分析報告課件

普通鋼筋混凝土結構在一般情況下是允許帶裂縫工作的，這是其他材料（如鋼、木、甚至磚砌體等）結構所不遇的特殊問題，但需要嚴格控制裂縫的開展，以保證結構的可靠工作，因此有必要對裂縫的成因、開展機理、計算方法及控制進行研究。普通鋼筋混凝土結構在一般情況下是允許帶裂縫的成因及控制標準一、裂縫的成因和形態(tài)裂縫產(chǎn)生的原因很多，如荷載作用、混凝土組成成分、溫度變化、混凝土收縮和徐變、基礎的不均勻沉降以及鋼筋的銹蝕等，而許多裂縫往往是幾種不同因素聯(lián)合作用的結果。裂縫的成因及控制標準一、裂縫的成因和形態(tài)1．荷載作用產(chǎn)生的裂縫鋼筋混凝土構件因受力性質(zhì)不同所產(chǎn)生的裂縫形態(tài)也不同。承受拉（軸）力和彎矩的構件在橫截面有一維的拉應力，承受剪力和扭矩及其他復合受力結構有主拉應力。這些構件將出現(xiàn)垂直于主拉應力方向的裂縫。（見圖7-1）裂縫一般沿構件寬度方向貫通部分截面或全截面。仔細觀察還可發(fā)現(xiàn)表面裂縫的多種形態(tài)和寬度的變化規(guī)律。例如截面較大的拉桿，除了貫通全截面的較寬的裂縫外，還有在鋼筋附近短而窄的裂縫；截面高度較大的梁，裂縫寬度在鋼筋位置處較窄，而稍遠處的腹部裂縫較寬；梁端斜裂縫在截面高度中間部分最寬，上、下端較窄；等等。1．荷載作用產(chǎn)生的裂縫混凝土結構裂縫分析報告課件2．混凝土塑性收縮引起的裂縫這種裂縫常出現(xiàn)于大面積的板殼表面，是在混凝土澆注后數(shù)小時，因氣溫高、風速大等原因使混凝土表面蒸發(fā)速度超過了本身泌水速度而造成的。裂縫呈不規(guī)則的雞爪形（圖7-2a），一般均為細微的表面裂縫，可用覆蓋養(yǎng)護等措施防止。3．混凝土塑性沉降引起的裂縫混凝土中的骨料塑性下沉受到頂部鋼筋的阻礙，使鋼筋處的沉降與兩側的沉降相差過大時，就會在鋼筋上方出現(xiàn)順筋的表面裂縫（圖7-2b）。這種裂縫可通過改善配合比、減少泌水、加大保護層等來防止。在初凝前將表面重新抹面壓光也可使裂縫閉合。2．混凝土塑性收縮引起的裂縫4．水泥水化熱引起的裂縫大體積混凝土常因水泥水化熱導致內(nèi)外溫差過大，所引起的溫度應力超過混凝土早期抗拉強度時，就會形成裂縫。5．溫度和濕度引起的裂縫混凝土因外部溫度驟降或在結硬過程中的干縮會引起體積收縮。如這種收縮受到外部（巖基或老混凝土）或內(nèi)部（大量鋼筋）的約束，就可能在承載前產(chǎn)生嚴重裂縫。6．堿骨料化學反映引起的裂縫水泥的堿液與活性骨料的硅酸鹽化學反應后會析出體積增大幾倍的膠體，使混凝土脹裂。其特點是裂縫中充滿白色沉淀。4．水泥水化熱引起的裂縫7．鋼筋銹蝕引起的裂縫構件處于惡劣環(huán)境，保護層過薄或密實性較差時，混凝土中的鋼筋會銹蝕，體積膨脹2~4倍，導致四周混凝土順筋脹裂。這是一種先銹后裂的縱向裂縫，一旦發(fā)生，就嚴重惡化，導致保護層成片剝落甚至鋼筋銹斷（圖7-2c）。8．不均勻沉降引起的裂縫地基不均勻沉降引起混凝土結構內(nèi)力發(fā)生變化，從而導致混凝土結構產(chǎn)生裂縫。這種裂縫通常寬度較大，數(shù)量較少，多集中產(chǎn)生在與基礎沉降相關的部位。7．鋼筋銹蝕引起的裂縫混凝土結構裂縫分析報告課件二、裂縫的控制標準1．考慮因素：鋼筋混凝土結構通常允許帶裂縫工作，但基于下列三種原因，需要嚴格限制裂縫寬度。（1）鋼筋銹蝕：混凝土的開裂使構件中鋼筋局部直接與周圍介質(zhì)接觸，對于露天結構和處在潮濕環(huán)境，甚至含酸、氯介質(zhì)的侵蝕環(huán)境下的結構，鋼筋表層將逐漸氧化而導致銹蝕，鋼材銹蝕物使鋼筋體積增大，很容易將周圍混凝土保護層脹裂，形成縱向裂縫，從而破壞了鋼筋和混凝土的粘結力，同時鋼筋受力面積因銹蝕而逐漸減小，使構件的承載力減小，耐久性下降。二、裂縫的控制標準（2）人們的心理感受：帶裂縫工作的鋼筋混凝土結構對業(yè)內(nèi)人士無疑是能夠接受的，但裂縫的顯現(xiàn)和發(fā)展會對普通使用者心理上產(chǎn)生不安全感，有時成為要求進行裂縫處理或加固的主要因素。故裂縫寬度的限制尚應考慮普通使用者的心理承受能力，一般要求限制在使用者不易察覺的寬度內(nèi)。（3）特殊要求：實際工程中可能有兩方面的特殊要求，一方面是結構自身的要求，如一些水工結構和容器結構對抗?jié)B（水、氣）性的要求；另一方面是特殊環(huán)境的要求，如使用環(huán)境存在明顯的腐蝕性介質(zhì)。在這些情況下，都應嚴格限制裂縫寬度甚至有抗裂要求。（2）人們的心理感受：帶裂縫工作的鋼筋混凝土結構對業(yè)內(nèi)人士無2．控制標準通常由施工、構造和環(huán)境條件等所引起的裂縫，應在設計中采取適當構造措施，在施工中采取合理的工藝和技術加以解決或改善。至于受拉裂縫，一般不允許在使用階段出現(xiàn)，設計時以限制拉應力值來避免。國內(nèi)外規(guī)范一般是根據(jù)構件的工作環(huán)境和荷載作用時間的情況對裂縫加以限制的。簡介如下：2．控制標準（1）《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》：規(guī)定鋼筋混凝土構件和在使用階段允許出現(xiàn)裂縫的構件，其計算的特征裂縫寬度不應超過下列規(guī)定的限值：一般環(huán)境0.2mm~0.25mm有氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)侵蝕物質(zhì)環(huán)境0.1mm

近年來，為了提高構件抗腐蝕性能，環(huán)氧涂層鋼筋在一些工程中開始應用，有些預應力鋼筋也采取了防護措施。對用這些鋼筋配置的構件，規(guī)定裂縫寬度比一般構件的限值增大0.05mm。對有抗裂要求的結構，一般宜采用預應力混凝土。（1）《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》：（2）我國《混凝土結構設計規(guī)范》

規(guī)定在設計鋼筋混凝土構件時，應根據(jù)其使用要求確定控制裂縫的三個等級：一級——嚴格要求不出現(xiàn)裂縫的構件，在短期（全部）荷載作用下，截面上不出現(xiàn)拉應力，即二級——一般要求不出現(xiàn)裂縫的構件，在短期（全部）荷載作用下，截面上的拉應力小于混凝土抗拉強度的一部分；在長期（部分）荷載作用下不出現(xiàn)拉應力，即短期荷載長期荷載三級——允許出現(xiàn)裂縫的構件，計算的最大裂縫寬度不得超過允許值，即（2）我國《混凝土結構設計規(guī)范》（3）歐洲模式規(guī)范CEBFIP(1978)

對于腐蝕不敏感的鋼筋混凝土構件，允許裂縫寬度按暴露條件分為三等：輕度的0.4mm中等程度的0.2mm嚴重的0.1mm（3）歐洲模式規(guī)范CEBFIP(1978)（4）美國ACI224

建議的裂縫允許寬度為：.干燥空氣或有保護膜0.4mm潮濕、濕空氣、土0.3mm海水飛濺區(qū)（干、濕交替）0.15mm擋水結構0.1mm（4）美國ACI224

允許裂縫寬度規(guī)定的差異一方面是由于規(guī)定此值的科學依據(jù)還不充分，另一方面是各國規(guī)范對計算裂縫寬度的公式有很大的出入。有些國家根據(jù)研究結果認為，混凝土裂縫寬度的限制值可放寬至0.4mm~0.5mm。近年來關于混凝土裂縫對鋼筋的銹蝕影響的研究中，很重要的發(fā)現(xiàn)是裂縫處鋼筋銹蝕與銹蝕的程度和進展并不象最初設想的那樣顯著。因此可以期望將裂縫控制的相當嚴格的規(guī)定放寬。有越來越多的研究者同意即使表面裂縫寬度達0.4mm也不存在銹蝕的問題。允許裂縫寬度規(guī)定的差異一方面是由于規(guī)定此值的

有關混凝土中鋼筋銹蝕的機理和裂縫性質(zhì)的分析，以及暴露試驗結果都不能說明表面裂縫寬度與銹蝕速度之間存在有必然聯(lián)系。工程調(diào)查和暴露試驗表明，保證混凝土的密實性和必要的保護層厚度，要比控制表面裂縫寬度對于防止銹蝕更為重要。關于裂縫寬度與銹蝕關系的研究還沒有得出能夠為大多數(shù)研究者一致接受的結論。值得注意的是，平行于主筋的縱向裂縫，對于結構耐久性的影響要比垂直于主筋的橫向裂縫嚴重得多。因為當引起裂縫的荷載移去時，后一種裂縫將趨于閉合，而平行于鋼筋的裂縫不會閉合，還可能持續(xù)開展，對鋼筋銹蝕有極大的危害。但是，目前對此還缺乏系統(tǒng)的研究，對于縱向裂縫還提不出合理的控制要求。有關混凝土中鋼筋銹蝕的機理和裂縫性質(zhì)的分析，

混凝土結構的裂縫是由材料內(nèi)部的初始缺陷、微裂縫的擴展而引起的。

混凝土結構產(chǎn)生裂縫原因很多，大致可歸納為兩大類：（1）由外荷載引起的裂縫，稱為結構性裂縫又稱為荷載裂縫。其裂縫的分布特征及寬度與外荷載大小有關。（2）由變形引起的裂縫，稱為非結構性裂縫，又稱非荷載裂縫?；炷两Y構的裂縫是由材料內(nèi)部的初始缺1、結構性裂縫——彎曲裂縫

1、結構性裂縫——彎曲裂縫

混凝土結構裂縫分析報告課件

剪切裂縫是指在剪力或剪力與彎矩共同作用下，主拉應力過大在腹板(梁肋)兩側產(chǎn)生的斜裂縫，一般出現(xiàn)在承受剪力較大的支點附近截面及同時承受剪力和彎矩均較大的梁橋腹板出現(xiàn)的剪切斜裂縫。1、結構性裂縫——剪切裂縫

剪切裂縫是指在剪力或剪力與彎矩共同作用下，主拉應力過大混凝土結構裂縫分析報告課件混凝土結構裂縫分析報告課件2、非結構性裂縫

混凝土的非結構性裂縫．根據(jù)其形成的時間可分為：混凝土硬化前裂縫、硬化過程裂縫和完全硬化后裂縫。非結構性裂縫的產(chǎn)生，多是受混凝土材料組成、澆筑方法、養(yǎng)護條件和使用環(huán)境等多種因素影響所致。2、非結構性裂縫

混凝土的非結構性裂縫．根據(jù)其形成的時(1)收縮裂縫

在混凝土凝固過程中，混凝土巾多余水分蒸發(fā)，引起的體積縮小稱為干燥收縮或干縮．而在水泥和水發(fā)牛水化作用逐漸硬化而形成的水泥骨架不斷緊密、體積縮小，稱為塑性收縮(凝縮)?；炷恋氖湛s以干縮為主，約占總收縮量的80％～90％。①塑性收縮裂縫(1)收縮裂縫在混凝土凝固過程中，混凝土巾多余水分蒸發(fā)②干燥收縮裂縫

干燥收縮裂縫是指混凝土干燥收縮變形導致的裂縫。②干燥收縮裂縫干燥收縮裂縫是指混凝土干燥收縮變形導致的(2)溫度裂縫

鋼筋混凝土結構隨著溫度變化將產(chǎn)生熱脹冷縮變形，這種溫度變形受到約束時，在混凝土內(nèi)部就會產(chǎn)生拉應力，當其達到混凝土的抗拉強度極限值時，混凝土會出現(xiàn)裂縫，這種裂縫稱為溫度裂縫。按結構的溫度場、溫度變形、溫度應力不同可分為以下3種類型：

(2)溫度裂縫

鋼筋混凝土結構隨著溫度變化將產(chǎn)生熱脹冷

①面均勻溫差裂縫。①面均勻溫差裂縫。②截面上、下溫差裂縫③截面內(nèi)外溫差裂縫②截面上、下溫差裂縫③截面內(nèi)外溫差裂縫謝謝！放映結束感謝各位的批評指導！讓我們共同進步謝謝！放映結束讓我們共同進步混凝土結構裂縫分析混凝土結構裂縫分析混凝土結構裂縫分析報告課件

普通鋼筋混凝土結構在一般情況下是允許帶裂縫工作的，這是其他材料（如鋼、木、甚至磚砌體等）結構所不遇的特殊問題，但需要嚴格控制裂縫的開展，以保證結構的可靠工作，因此有必要對裂縫的成因、開展機理、計算方法及控制進行研究。普通鋼筋混凝土結構在一般情況下是允許帶裂縫的成因及控制標準一、裂縫的成因和形態(tài)裂縫產(chǎn)生的原因很多，如荷載作用、混凝土組成成分、溫度變化、混凝土收縮和徐變、基礎的不均勻沉降以及鋼筋的銹蝕等，而許多裂縫往往是幾種不同因素聯(lián)合作用的結果。裂縫的成因及控制標準一、裂縫的成因和形態(tài)1．荷載作用產(chǎn)生的裂縫鋼筋混凝土構件因受力性質(zhì)不同所產(chǎn)生的裂縫形態(tài)也不同。承受拉（軸）力和彎矩的構件在橫截面有一維的拉應力，承受剪力和扭矩及其他復合受力結構有主拉應力。這些構件將出現(xiàn)垂直于主拉應力方向的裂縫。（見圖7-1）裂縫一般沿構件寬度方向貫通部分截面或全截面。仔細觀察還可發(fā)現(xiàn)表面裂縫的多種形態(tài)和寬度的變化規(guī)律。例如截面較大的拉桿，除了貫通全截面的較寬的裂縫外，還有在鋼筋附近短而窄的裂縫；截面高度較大的梁，裂縫寬度在鋼筋位置處較窄，而稍遠處的腹部裂縫較寬；梁端斜裂縫在截面高度中間部分最寬，上、下端較窄；等等。1．荷載作用產(chǎn)生的裂縫混凝土結構裂縫分析報告課件2．混凝土塑性收縮引起的裂縫這種裂縫常出現(xiàn)于大面積的板殼表面，是在混凝土澆注后數(shù)小時，因氣溫高、風速大等原因使混凝土表面蒸發(fā)速度超過了本身泌水速度而造成的。裂縫呈不規(guī)則的雞爪形（圖7-2a），一般均為細微的表面裂縫，可用覆蓋養(yǎng)護等措施防止。3．混凝土塑性沉降引起的裂縫混凝土中的骨料塑性下沉受到頂部鋼筋的阻礙，使鋼筋處的沉降與兩側的沉降相差過大時，就會在鋼筋上方出現(xiàn)順筋的表面裂縫（圖7-2b）。這種裂縫可通過改善配合比、減少泌水、加大保護層等來防止。在初凝前將表面重新抹面壓光也可使裂縫閉合。2．混凝土塑性收縮引起的裂縫4．水泥水化熱引起的裂縫大體積混凝土常因水泥水化熱導致內(nèi)外溫差過大，所引起的溫度應力超過混凝土早期抗拉強度時，就會形成裂縫。5．溫度和濕度引起的裂縫混凝土因外部溫度驟降或在結硬過程中的干縮會引起體積收縮。如這種收縮受到外部（巖基或老混凝土）或內(nèi)部（大量鋼筋）的約束，就可能在承載前產(chǎn)生嚴重裂縫。6．堿骨料化學反映引起的裂縫水泥的堿液與活性骨料的硅酸鹽化學反應后會析出體積增大幾倍的膠體，使混凝土脹裂。其特點是裂縫中充滿白色沉淀。4．水泥水化熱引起的裂縫7．鋼筋銹蝕引起的裂縫構件處于惡劣環(huán)境，保護層過薄或密實性較差時，混凝土中的鋼筋會銹蝕，體積膨脹2~4倍，導致四周混凝土順筋脹裂。這是一種先銹后裂的縱向裂縫，一旦發(fā)生，就嚴重惡化，導致保護層成片剝落甚至鋼筋銹斷（圖7-2c）。8．不均勻沉降引起的裂縫地基不均勻沉降引起混凝土結構內(nèi)力發(fā)生變化，從而導致混凝土結構產(chǎn)生裂縫。這種裂縫通常寬度較大，數(shù)量較少，多集中產(chǎn)生在與基礎沉降相關的部位。7．鋼筋銹蝕引起的裂縫混凝土結構裂縫分析報告課件二、裂縫的控制標準1．考慮因素：鋼筋混凝土結構通常允許帶裂縫工作，但基于下列三種原因，需要嚴格限制裂縫寬度。（1）鋼筋銹蝕：混凝土的開裂使構件中鋼筋局部直接與周圍介質(zhì)接觸，對于露天結構和處在潮濕環(huán)境，甚至含酸、氯介質(zhì)的侵蝕環(huán)境下的結構，鋼筋表層將逐漸氧化而導致銹蝕，鋼材銹蝕物使鋼筋體積增大，很容易將周圍混凝土保護層脹裂，形成縱向裂縫，從而破壞了鋼筋和混凝土的粘結力，同時鋼筋受力面積因銹蝕而逐漸減小，使構件的承載力減小，耐久性下降。二、裂縫的控制標準（2）人們的心理感受：帶裂縫工作的鋼筋混凝土結構對業(yè)內(nèi)人士無疑是能夠接受的，但裂縫的顯現(xiàn)和發(fā)展會對普通使用者心理上產(chǎn)生不安全感，有時成為要求進行裂縫處理或加固的主要因素。故裂縫寬度的限制尚應考慮普通使用者的心理承受能力，一般要求限制在使用者不易察覺的寬度內(nèi)。（3）特殊要求：實際工程中可能有兩方面的特殊要求，一方面是結構自身的要求，如一些水工結構和容器結構對抗?jié)B（水、氣）性的要求；另一方面是特殊環(huán)境的要求，如使用環(huán)境存在明顯的腐蝕性介質(zhì)。在這些情況下，都應嚴格限制裂縫寬度甚至有抗裂要求。（2）人們的心理感受：帶裂縫工作的鋼筋混凝土結構對業(yè)內(nèi)人士無2．控制標準通常由施工、構造和環(huán)境條件等所引起的裂縫，應在設計中采取適當構造措施，在施工中采取合理的工藝和技術加以解決或改善。至于受拉裂縫，一般不允許在使用階段出現(xiàn)，設計時以限制拉應力值來避免。國內(nèi)外規(guī)范一般是根據(jù)構件的工作環(huán)境和荷載作用時間的情況對裂縫加以限制的。簡介如下：2．控制標準（1）《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》：規(guī)定鋼筋混凝土構件和在使用階段允許出現(xiàn)裂縫的構件，其計算的特征裂縫寬度不應超過下列規(guī)定的限值：一般環(huán)境0.2mm~0.25mm有氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)侵蝕物質(zhì)環(huán)境0.1mm

近年來，為了提高構件抗腐蝕性能，環(huán)氧涂層鋼筋在一些工程中開始應用，有些預應力鋼筋也采取了防護措施。對用這些鋼筋配置的構件，規(guī)定裂縫寬度比一般構件的限值增大0.05mm。對有抗裂要求的結構，一般宜采用預應力混凝土。（1）《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》：（2）我國《混凝土結構設計規(guī)范》

規(guī)定在設計鋼筋混凝土構件時，應根據(jù)其使用要求確定控制裂縫的三個等級：一級——嚴格要求不出現(xiàn)裂縫的構件，在短期（全部）荷載作用下，截面上不出現(xiàn)拉應力，即二級——一般要求不出現(xiàn)裂縫的構件，在短期（全部）荷載作用下，截面上的拉應力小于混凝土抗拉強度的一部分；在長期（部分）荷載作用下不出現(xiàn)拉應力，即短期荷載長期荷載三級——允許出現(xiàn)裂縫的構件，計算的最大裂縫寬度不得超過允許值，即（2）我國《混凝土結構設計規(guī)范》（3）歐洲模式規(guī)范CEBFIP(1978)

對于腐蝕不敏感的鋼筋混凝土構件，允許裂縫寬度按暴露條件分為三等：輕度的0.4mm中等程度的0.2mm嚴重的0.1mm（3）歐洲模式規(guī)范CEBFIP(1978)（4）美國ACI224

建議的裂縫允許寬度為：.干燥空氣或有保護膜0.4mm潮濕、濕空氣、土0.3mm海水飛濺區(qū)（干、濕交替）0.15mm擋水結構0.1mm（4）美國ACI224

允許裂縫寬度規(guī)定的差異一方面是由于規(guī)定此值的科學依據(jù)還不充分，另一方面是各國規(guī)范對計算裂縫寬度的公式有很大的出入。有些國家根據(jù)研究結果認為，混凝土裂縫寬度的限制值可放寬至0.4mm~0.5mm。近年來關于混凝土裂縫對鋼筋的銹蝕影響的研究中，很重要的發(fā)現(xiàn)是裂縫處鋼筋銹蝕與銹蝕的程度和進展并不象最初設想的那樣顯著。因此可以期望將裂縫控制的相當嚴格的規(guī)定放寬。有越來越多的研究者同意即使表面裂縫寬度達0.4mm也不存在銹蝕的問題。允許裂縫寬度規(guī)定的差異一方面是由于規(guī)定此值的

有關混凝土中鋼筋銹蝕的機理和裂縫性質(zhì)的分析，以及暴露試驗結果都不能說明表面裂縫寬度與銹蝕速度之間存在有必然聯(lián)系。工程調(diào)查和暴露試驗表明，保證混凝土的密實性和必要的保護層厚度，要比控制表面裂縫寬度對于防止銹蝕更為重要。關于裂縫寬度與銹蝕關系的研究還沒有得出能夠為大多數(shù)研究者一致接受的結論。值得注意的是，平行于主筋的縱向裂縫，對于結構耐久性的影響要比垂直于主筋的橫向裂縫嚴重得多。因為當引起裂縫的荷載移去時，后一種裂縫將趨于閉合，而平行于鋼筋的裂縫不會閉合，還可能持續(xù)開展，對鋼筋銹蝕有極大的危害。但是，目前對此還缺乏系統(tǒng)的研究，對于縱向裂縫還提不出合理的控制要求。有關混凝土中鋼筋銹蝕的機理和裂縫性質(zhì)的分析，

混凝土結構的裂縫是由材料內(nèi)部的初始缺陷、微裂縫的擴展而引起的。

混凝土結構產(chǎn)生裂縫原因很多，大致可歸納為兩大類：（1）由外荷載引起的裂縫，稱為結