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1、第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,第7章钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性 Crack ,Deformation and Durability of RC Member,概 述,外观感觉,耐久性,心理承受：不安全感，振动噪声,对非结构构件的影响：门窗开关，隔墙开裂等,振动、变形过大,对其它结构构件的影响,适用性,承载能力极限状态,结构的 功能,对于超过正常使用极限状态的情况，由于其对生命财产的危害性比超过承载力极限状态要小，因此相应的可靠度水平可比承载力极限状态低一些。 正常使用极限状态的计算表达式为，,正常使用极限状态的几种荷载： 1、荷载标准值 2、荷载组合值 （用于整体影响或影响较大时
2、的验算） 3、荷载频遇值 时间比值为10%(用于局部影响时的验算） 4、荷载准永久值 时间比值为50（用于长期影响时的验算）,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,Sk：作用效应标准值，如挠度变形和裂缝宽度，应根据荷载标准值和材料强度标准值确定。,由于活荷载达到其标准值Qk的作用时间较短，故Msk称为短期弯矩，其值约为弯矩设计值的50%70%。 由于在荷载的长期作用下，构件的变形和裂缝宽度随时间增长，因此需要考虑长期荷载的影响，,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,7.1 裂缝宽度验算荷载引起的裂缝宽度,验算公式：,裂缝类别：变形裂缝80，结构裂缝20,7.1.1 混凝土结构裂缝的分类与
3、成因,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,7.1 裂缝宽度验算荷载引起的裂缝宽度,1. 施工期间产生的裂缝,（1）塑性混凝土裂缝（混凝土沉降裂缝、混凝土收缩裂缝） （2）温度裂缝 （3）约束收缩裂缝 （4）施工质量问题引起的裂缝 （5）早期冻融作用引起的裂缝,各类裂缝的成因与特点,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,7.1 裂缝宽度验算荷载引起的裂缝宽度,1. 使用期间产生的裂缝,（1）钢筋锈蚀引起的纵向裂缝 （2）温度变化和收缩作用引起的裂缝 （3）地基不均匀沉降引起的裂缝 （4）冻融循环作用、碱骨料反应、盐-酸类反应引起的裂缝,各类裂缝的成因与特点,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和
4、耐久性,非结构裂缝原因分析 混凝土结构中存在拉应力是产生裂缝的必要条件。 除荷载作用外，结构的不均匀沉降、收缩、温度变化，以及在混凝土凝结、硬化阶段等都会引起拉应力，从而产生裂缝。 结构中主拉应力达到混凝土（当时）的抗拉强度时，并不立即产生裂缝，而是当拉应变达到极限拉应变etu时才出现裂缝。 硬化后的混凝土极限拉应变约为15010-6，即10m长的构件，产生1.5mm的很小受拉变形即会产生裂缝。 由于混凝土材料的不均匀性，裂缝首先在强度最小的位置发生。裂缝发生前瞬间的应变分布会产生应变集中。 不同龄期的混凝土，其裂缝断面状况有较大差别。龄期很短的混凝土，裂缝断面较为光滑，两裂缝不能完全闭合。而
5、充分硬化后的混凝土，裂缝断面则呈不规则较为锋锐状态，两断面可以闭合。,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,材料原因,水泥异常凝结引起的裂缝,受风化的水泥，其品质很不安定。 混凝土浇筑后达到一定强度前，在凝结硬化阶段会产生如图所示的短小的不规则裂缝。 随着水泥品质的改善，这种裂缝目前较少见到。,1、水泥方面,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,水泥水化热,水泥用量在300kg/m3左右时，温度上升为3040左右。,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,在实际结构中，内部因水化热产生蓄热的同时，构件表面还产生放热，使得构件温度经上升后再下降。,第7
6、章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,构件的最小尺寸大于800mm时，通常可认为是大体积混凝土。对于大体积混凝土，内部温度较大，构件外周温度较低，内外温差很大，引起内外混凝土膨胀变形差异。内部混凝土膨胀受到外部混凝土的变形约束，而使构件表面产生裂缝。这种裂缝在构件表面通常呈直交状况。,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,大型构件与小尺寸构件共同组成的结构（如基础梁与薄墙板、大尺寸梁与薄楼板等），以及梁柱框架结构中均可能因温差的影响产生裂缝。,骨料方面,混凝土下沉和泌水,混凝土浇筑后，在凝结过程中会产生下沉和泌水，下沉量约为浇筑高度的1%。当下沉受到钢筋或周围混凝土的约束也会产生裂缝。,施工原
7、因,(a) 材料混合不均匀,(b) 长时间搅拌,(c) 快速浇筑,(d) 先后浇筑时差过长,混合材料不均匀：由于搅拌不均匀，材料的膨胀性和收缩的差异，引起局部的一些裂缝。 长时间搅拌：混凝土运输时间过长，长时间搅拌突然停止后很快硬化产生的异常凝结，引起网状裂缝。,施工原因,(a) 材料混合不均匀,(b) 长时间搅拌,(c) 快速浇筑,(d) 先后浇筑时差过长,浇筑速度过快：当构件高度较大，如一次快速浇筑混凝土，因下部混凝土尚未充分硬化，产生下沉，引起裂缝。 交接缝：浇筑先后时差过长，先浇筑的混凝土已硬化，导致交接缝混凝土不连续，这是结构产生裂缝的起始位置，将成为结构承载力和耐久性的缺陷。,(e
8、) 模板变形,(f) 支撑下沉,(g) 支撑下沉,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,三、荷载产生的裂缝,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,收缩裂缝,温度裂缝,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,不均匀沉降产生裂缝,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,钢筋锈蚀产生的裂缝,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,钢筋锈蚀产生的裂缝,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,钢筋锈蚀产生的裂缝,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,钢筋锈蚀产生的裂缝,使钢筋产生锈蚀的原因有：骨料中含氯化盐；外部进入氯化盐；混凝土碳化；保护层不足；过大的裂缝
9、宽度。,钢筋锈蚀产生体积膨胀可达原体积的数倍，使钢筋位置处的混凝土受到内压力而产生裂缝，并随之剥落。 这种裂缝沿钢筋方向发展，且随着锈蚀的发展混凝土剥离产生空隙，这可从敲击产生的空洞声得到判别。,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,冻结溶解产生的裂缝,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,7.1.2 裂缝控制的目的和要求,1. 裂缝控制的目的保证结构的耐久性要求,2. 规范对裂缝控制等级的划分和要求 裂缝控制分为三级 一级 严格不允许出现裂缝 二级 一般要求不出现裂缝 三级 允许出现裂缝,第7章 钢筋混凝土的
10、裂缝、变形和耐久性,裂缝的出现、分布与开展,7.1.2 裂缝宽度的计算理论,1. 粘结滑移理论,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,在裂缝出现前，混凝土和钢筋的应变沿构件的长度基本上是均匀分布的。 当混凝土的拉应力达到抗拉强度时，首先会在构件最薄弱截面位置出现第一条（批）裂缝。 裂缝出现瞬间，裂缝截面位置的混凝土退出受拉工作，应力为零，而钢筋拉应力应力产生突增Dss= ft /r，配筋率越小，Dss就越大。 由于钢筋与混凝土之间存在粘结，随着距裂缝截面距离的增加，混凝土中又重新建立起拉应力sc，而钢筋的拉应力则随距裂缝截面距离的增加而减小。 当距裂缝截面有足够的长度 l 时，混凝土拉应力s
11、c增大到ft，此时将出现新的裂缝。,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,如果两条裂缝的间距小于2 l，则由于粘结应力传递长度不够，混凝土拉应力不可能达到ft，因此将不会出现新的裂缝，裂缝的间距最终将稳定在（l 2 l）之间，平均间距可取1.5 l。 从第一条（批）裂缝出现到裂缝全部出齐为裂缝出现阶段，该阶段的荷载增量并不大，主要取决于混凝土强度的离散程度。 裂缝间距的计算公式即是以该阶段的受力分析建立的。 裂缝出齐后，随着荷载的继续增加，裂缝宽度不断开展。裂缝的开展是由于混凝土的回缩，钢筋不断伸长，导致钢筋与混凝土之间产生变形差，这是裂缝宽度计算的依据。 由于混凝土材料的不均匀性，裂缝的出
12、现、分布和开展具有很大的离散性，因此裂缝间距和宽度也是不均匀的。但大量的试验统计资料分析表明，裂缝间距和宽度的平均值具有一定规律性，是钢筋与混凝土之间粘结受力机理的反映。,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,1）裂缝间距,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,1）裂缝间距,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性, 由于开裂时构件断面并非全截面受拉，为统一计算公式，将配筋率r 采用有效截面计算, 上式表明，当配筋率r 相同时，钢筋直径越细，裂缝间距越小，裂缝宽度也越小，也即裂缝的分布和开展会密而细，这是控制裂缝宽度的一个重要原则。 但上式中，当d/r 趋于零时，裂缝间距趋于零，这并不符合实
13、际情况。,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,对于受弯构件，可将受拉区近似作为一轴心受拉构件，根据粘结力的有效影响范围，取有效受拉面积Ate=0.5bh+(bf-b)hf，因此将式中配筋率r 的用以下受拉区有效配筋率替换后，即可用于受弯构件,采用rte 后，裂缝间距可统一表示为:,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,2）裂缝宽度,平均裂缝宽度,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性, 试验表明，构件开裂时，钢筋表面处的变形远小于构件表面的变形；,2.无滑移理论,当d/r 很大时，裂缝间距趋近于某个常数。该数值与保护层c 和钢筋净间距有关，根据试验分析，对裂缝间距和裂缝宽度计算公式修正如
14、下:,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,在裂缝平均间距的基础上，考虑混凝土质量的随机性系数，作为构件的最大裂缝宽度，并满足一定的耐久性要求,7.1.4 裂缝宽度的验算,1. 建筑工程规范max的计算方法,1）平均裂缝宽度计算,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,根据试验资料统计分析，并考虑受力特征的影响，对于常用的带肋钢筋，规范给出的平均裂缝间距lcr的计算公式为:,l 系数，轴心受拉构件取1.1，受弯、偏心受压构件取1.0，偏心受拉构件取1.05; c最外层纵向受拉钢筋外边缘到受拉区底边的距离(mm)， 当20mmc65mm时； deq钢筋直径（mm），当用不同直径的钢筋时，d改用
15、换算直径4As/u，u为纵向钢筋的总周长。,（1）平均裂缝间距的计算,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,（2）裂缝截面钢筋应力的计算,使用阶段（阶段）受拉钢筋应力可按下列公式计算：,轴心受拉构件,受弯构件,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,偏心受压构件,偏心受拉构件,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,（3）钢筋应力不均匀系数,由于钢筋与混凝土间存在粘结应力，随着距裂缝截面距离的增加，裂缝间混凝土逐渐参与受拉工作，钢筋应力逐渐减小，因此钢筋应力沿纵向的分布是不均匀的。 裂缝截面处钢筋应力最大，裂缝中间钢筋应力最小，其差值反映了混凝土参与受拉工作的大小。,钢筋应力不均匀系数y 是
16、反映裂缝间混凝土参加受拉工作程度的影响系数,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,近似取hc/h =0.67，h/h0=1.1，,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,当y 1.0时，取y =1.0； 对直接承受重复荷载作用的构件，取y =1.0。,第7章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,2）最大裂缝宽度,实测表明，裂缝宽度具有很大的离散性。 取实测裂缝宽度wt与上述计算的平均裂缝宽度wm的比值为t 。 大量裂缝量测结果统计表明，t 的概率密度分布基本为正态。 取超越概率为5%的最大裂缝宽度可由下式求得:,式中d 为裂缝宽度变异系数， 对受弯构件，试验统计得d =0.4，故取裂缝扩大系数t =1.66。 对于轴心受拉和偏心受拉构件，由试验结果统计得最大裂缝宽度的扩大系数为t =1.9。,第7章 钢筋混凝
